空间站是如何净化舱内空气的?
商业航天
2024-09-06 15:14
自2021年天和核心舱发射以来,已有7个航天员乘组共21人次前往空间站执行飞行任务。由于太空为真空环境,为了给航天员提供一个健康舒适的“太空之家”,空间站环境控制与生命保障系统(简称环控生保系统)发挥了至关重要的作用。
中国空间站将在轨运营10年以上,与短期飞行任务相比,空间站任务时间更长,对舱内环境指标要求更加严格。空间站舱内有害气体可能对乘组产生较明显的毒性积累效应,并可能造成敏感元件腐蚀、化工产品催化剂中毒等影响。
空间站舱内微量有害气体来源包括:人体释放(含大小便),舱体材料和上行货物释放,设备老化等原因的释气,食品、个人卫生用品和垃圾释气,以及火灾等其他因素产生的有害气体。
随着各项实验任务逐步开展,空间站舱内有害气体成分日趋复杂。因此,微量有害气体作为舱内环境控制的主要对象之一,在长期运行中的影响更加需要重视。
中国空间站舱内微量有害气体的控制由环控生保系统实现,该系统的功能是在航天器中创造和维持类似地面的环境条件,保障飞行乘组的在轨生存,实现人、环控生保系统与环境间的物质交流和回收。在此过程中,微量有害气体也会随物质循环同步产生迁移和流转。
其中,CO2分压和微量有害气体浓度控制分别通过CO2去除子系统和微量有害气体去除子系统等物化再生生保子系统实现;微生物和湿度控制通过微生物净化器、温湿度控制子系统冷凝水回收环节实现。
相关的物质流转包括:CO2、水汽以及微量有害气体等在通风系统的支持下实现舱间流转,即通过各类装置集中处理CO2、去除微量有害气体和控制湿度,通过通风流场保证其他区域的CO2、微量有害气体及湿度浓度场的均匀性。微量有害气体去除子系统作为空间站的主份控制设备,主要去除正常条件下释放到舱内的微量有害气体。在其设计过程中,针对空间站舱内空气中的微量有害气体种类、医学指标要求以及各类去除技术的特点,确定了有害气体产生规律和适用于空间站的微量有害气体负荷模型,针对性去除舱内微量有害气体。
根据采样下行气体样本的分析结果,舱内空气中微量有害气体控制结果均大幅低于允许浓度,反映经过微量有害气体去除子系统净化后,舱内空气质量符合指标要求。
目前,微量有害气体控制能力在中国空间站上已经过“神舟十二号”至“神舟十七号”任务阶段的全面在轨验证,整体空气指标和水质指标均满足要求,证明各净化子系统分类分级的控制措施有效。
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