劉煒 陳立平 丁建完 謝剛（華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074）

載人航天器座艙環(huán)境控制系統(tǒng)建模與性能分析

劉煒 陳立平 丁建完 謝剛
（華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074）

文章以航天器座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)為研究對象引出了該系統(tǒng)主要部件的數(shù)學(xué)控制方程，基于建模語言Modelica建立了重用性高、易于擴(kuò)展和使用高效的環(huán)境控制系統(tǒng)模型庫，并闡述了基本的建模方法。利用模型庫構(gòu)建了典型的航天器座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)，對溫濕度控制、供氣調(diào)壓和二氧化碳凈化的性能及其控制方法進(jìn)行仿真分析，提出了主動溫濕度綜合控制方法。仿真分析結(jié)果表明：供氣調(diào)壓、大氣凈化和溫濕度控制之間存在緊密耦合、互相影響的關(guān)系；主動溫度控制方法雖然適合溫濕度控制，但主動溫濕度綜合控制方法的性能優(yōu)于前者；航天員活動狀態(tài)對各分系統(tǒng)有顯著影響，設(shè)計和運(yùn)行管理過程中要重點考慮其動態(tài)變化。文中所建模型庫和分析結(jié)論為載人航天器座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)和運(yùn)行管理提供了有效的工具及方法。

座艙環(huán)境控制；Modelica語言；面向?qū)ο蠼?；溫濕度控制；載人航天器

1 引言

座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)是航天器環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，主要實現(xiàn)航天器座艙內(nèi)大氣壓力、氣體成分和溫濕度的控制，為航天員的生活和工作提供必要的大氣環(huán)境條件［1］。環(huán)境控制系統(tǒng)包括眾多子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、互相耦合、穩(wěn)定性和可靠性要求極高，給控制策略設(shè)計和性能分析帶來了較大困難。采用數(shù)值模擬方法對環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析是輔助系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化、試驗驗證和運(yùn)行管理的一種非常有效的技術(shù)途徑，可以大幅度提高系統(tǒng)性能，縮短開發(fā)周期。

通常采用計算流體動力學(xué)（CFD）軟件對座艙內(nèi)的流場、溫度場和濃度場進(jìn)行仿真分析［2－5］，此類方法側(cè)重于單一結(jié)構(gòu)下的流動分析而不是系統(tǒng)性能分析，在系統(tǒng)級仿真分析方面，難以對流場外的關(guān)鍵系統(tǒng)性能參數(shù)及各個參數(shù)間的相互影響進(jìn)行分析［6］；目前系統(tǒng)仿真向集成方向發(fā)展，體現(xiàn)在多學(xué)科耦合、跨系統(tǒng)交互上［7］，CFD軟件對多領(lǐng)域建模也支持不足。Modelica［8－9］是一種功能強(qiáng)大的建模語言，支持面向?qū)ο?、多領(lǐng)域統(tǒng)一、非因果陳述式和連續(xù)—離散混合的建模方法，與Matlab、AMESim等軟件相比，具有以下優(yōu)勢：建模過程靈活方便，模型具有統(tǒng)一描述，重用性和擴(kuò)展性高，利于工程知識積累，適合系統(tǒng)物理建模，軟件平臺開放。本文探索系統(tǒng)分解的粒度水平、接口設(shè)計、介質(zhì)模型解耦和充分利用面向?qū)ο蠓椒ǖ臋C(jī)制，以提高模型的重用性、擴(kuò)展性和靈活性。分析環(huán)境控制系統(tǒng)主要組成部件的物理原理，在完全支持Modelica的多領(lǐng)域建模仿真平臺MWorks上建立了易于管理、模塊化、參數(shù)化和圖形化的基礎(chǔ)組件模型庫。利用開發(fā)的模型庫構(gòu)建典型環(huán)境控制系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，定性分析艙壓控制子系統(tǒng)、溫濕度控制子系統(tǒng)和二氧化碳凈化子系統(tǒng)的性能及互相之間的影響。對主動溫度控制法和主動濕度控制法的性能做了對比分析，結(jié)合這兩種方法提出了性能更優(yōu)的主動溫濕度綜合控制法。

2 主要模型的控制方程

影響座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)的因素眾多，本文主要從環(huán)境控制系統(tǒng)主要組成部件的物理原理和環(huán)境控制系統(tǒng)仿真分析的內(nèi)容出發(fā)，根據(jù)質(zhì)量、能量和動量守恒推導(dǎo)得到部件數(shù)學(xué)形式的控制方程，用于創(chuàng)建部件模型?？刂品匠棠芤宰匀坏臄?shù)學(xué)方程形式描述在Modelica模型中，形成知識積累。

2.1 航天員

主要考慮航天員與環(huán)境之間的能量物質(zhì)交換和身體熱平衡。人體新陳代謝產(chǎn)熱qm是基本代謝率qm，bas與額外代謝率qm，add之和［10］。人體熱平衡采用兩節(jié)點模型［11］，將身體分為內(nèi)核和皮膚兩部分。內(nèi)核和皮膚的能量貯存率Sco和Ssk由能量方程平衡方程得到，內(nèi)核和皮膚的溫度變化率通過其能量貯存率、身體的比熱容cb和身體質(zhì)量m集中在皮膚的比例α計算：

式中 qco，sk為從內(nèi)核傳遞給皮膚的熱流；Eres和Esk分別為呼吸和皮膚的蒸發(fā)熱流；qc和qr分別為皮膚與環(huán)境之間的對流和輻射熱流；W為所做的機(jī)械功。

根據(jù)質(zhì)量守恒，得到吸入質(zhì)量流win、呼出質(zhì)量流wout和第j種組分對應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xin，jxout，j及其消耗質(zhì)量流wj之間的關(guān)系，氧氣的消耗量和CO2的產(chǎn)生量可以通過經(jīng)驗公式計算，假設(shè)呼出氣體是正好飽和的濕空氣，可求出產(chǎn)濕量［10－11］：

式中 RQ為呼吸商；MCO2和MO2分別為二氧化碳和氧氣的摩爾質(zhì)量；r為氣化潛熱。

2.2 座艙

座艙是航天員生活和工作的場所，本文將設(shè)備區(qū)和人員活動區(qū)分開考慮，設(shè)備區(qū)的影響通過熱流傳遞給人員活動區(qū)。座艙分解為大氣區(qū)、艙壁和艙壁上的冷凝水膜三部分。大氣區(qū)的第j種組分的質(zhì)量守恒方程為

式中 win和wout是流入和流出座艙的質(zhì)量流；wlf，in和wlf，out是航天員呼出和吸入的質(zhì)量流；xin，jxout，jxlf，in，jxlf，out，j分別是第j種組分對應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wair，film，j為大氣區(qū)與艙壁物質(zhì)交換的質(zhì)量流。

根據(jù)大氣區(qū)的能量守恒，能量Uair的變化率為

式中 hin和hout為流入和流出座艙的大氣比焓；hlf，in和hlf，out為航天員呼出和吸入氣體的比焓；hair，film為空氣與艙壁交換物質(zhì)的比焓；qair，wall為大氣傳遞給艙壁的熱流；qequip，air為電氣設(shè)備傳遞給大氣的熱流。

艙壁上冷凝水膜區(qū)的質(zhì)量守恒和艙壁的能量守恒方程如下：

2.3 冷凝換熱器

冷凝換熱器同時控制溫度和濕度。溫度控制通過把熱量傳遞給冷卻回路來實現(xiàn)；將大氣溫度降低到露點以下，使水蒸氣冷凝，從大氣流中分離出來，實現(xiàn)濕度控制。大氣側(cè)和冷卻側(cè)的質(zhì)量守恒方程如下，吸水端口液體水的質(zhì)量流wdrain，liq通過吸水區(qū)入口液體水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xslurp，liq和吸水效率εslurp得到：

式中 wcold，in和wcold，out為冷卻側(cè)入口和出口的質(zhì)量流；whot，in、whot，out、wdrain分別是大氣側(cè)入口、出口及吸水端口的質(zhì)量流；xhot，in，jxhot，out，jxdrain，j分別是第j種組分對應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

冷凝換熱器的總換熱熱流qhex為

式中 Cmin為兩側(cè)熱容的較小值；hhot，in、hhot，out、hdrain、hcold，in、hcold，out分別為對應(yīng)端口流體的比焓；Mwall，cold和Mwall，hot為冷卻側(cè)和大氣側(cè)固體壁的質(zhì)量；cwall，cold和cwall，hot為對應(yīng)的比熱容；Mfluid，cold和Mfluid，hot為冷卻側(cè)和大氣側(cè)流體的質(zhì)量，cfluid，cold和cfluid，hot為對應(yīng)的比熱容。

根據(jù)式（8）求出冷卻側(cè)出口和大氣側(cè)出口流體溫度Tcold，out和Thot，out的變化率，換熱效率η則根據(jù)換熱器的類型進(jìn)行計算［12］。

換熱器對應(yīng)端口的壓降ΔP可以通過參考壓降ΔPref計算，得到

式中 ρref和wref是參考密度和質(zhì)量流；ρin和win是入口密度和質(zhì)量流；n為壓降方程的指數(shù)。

2.4 氫氧化鋰裝置

采用無水LiOH作為CO2吸收劑安全可靠，吸收效率高。假設(shè)LiOH與CO2的反應(yīng)速率只取決于單位面積內(nèi)CO2的質(zhì)量流，溫度和濕度對反應(yīng)速率的影響通過效率體現(xiàn)，罐壁與大氣之間為理想傳熱。LiOH罐的質(zhì)量守恒方程與式（3）類似。CO2吸收質(zhì)量流wCO2和水產(chǎn)生質(zhì)量流wH2O分別為

式中 xload為CO2負(fù)載；xload，max為最大CO2負(fù)載；εLiOH，CO2為LiOH與CO2的反應(yīng)速率；mLiOH，0為初始時罐中LiOH的質(zhì)量。

動量守恒方程與式（9）類似，能量守恒方程為

式中 Tout為出口處的流體溫度；qre為反應(yīng)產(chǎn)熱流；Mbed和Mfluid分別為反應(yīng)床和罐中大氣的質(zhì)量；cbed、cfluid為反應(yīng)床和罐中大氣的比熱容。

3 Modelica模型的構(gòu)建方法

Modelica是一種面向?qū)ο蠛椭С址且蚬５男抡Z言，以模型庫構(gòu)架管理模型，這些新特征需要一種較先進(jìn)的建模流程和方法指導(dǎo)建模過程?；窘＿^程應(yīng)用面向?qū)ο蟮奈锢斫７?，首先明確研究系統(tǒng)對象；然后將系統(tǒng)分解成基本的組件，并定義組件之間的通信接口；最后利用Modelica靈活強(qiáng)大的功能構(gòu)建組件模型和系統(tǒng)模型。

3.1 系統(tǒng)分解及接口設(shè)計

根據(jù)自然的物理邊界和模型做出的假設(shè)，按照自頂向下的方法對系統(tǒng)進(jìn)行分解，決定系統(tǒng)的層次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、內(nèi)部的通信方式、模型重用性和擴(kuò)展性。系統(tǒng)分解應(yīng)包含兩個層面：一是面向組件的分解，將系統(tǒng)分解為物理上的部件；二是主體分解，在物理部件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分解，得到通用物理現(xiàn)象或方法的集合。系統(tǒng)分解得到相對獨立對象的集合及其層次拓?fù)潢P(guān)系。每個對象即是一個組件模型，利用面向?qū)ο蠓椒í毩?gòu)建，組件與外界之間的交互通信通過接口實現(xiàn)。

表1 接口類型及變量Tab.1 Interface types and variables in interfaces

接口應(yīng)該使組件連接變得簡單自然，對于物理組件模型的接口，必須在物理上能夠連接組件。設(shè)計環(huán)境控制系統(tǒng)的兩類接口如表1所示。Modelica的接口有兩種基本變量類型——流變量和勢變量，其規(guī)律遵守廣義基爾霍夫定律，即連接在同一接口上的流變量之和為零，勢變量相等。為了滿足熱流體系統(tǒng)建模的需要，Modelica增加了一種新的接口變量，即附流變量，附流變量與其綁定的流變量之積可以看作流變量。接口之間可以連接，生成表示接口變量關(guān)系的連接方程。

3.2 介質(zhì)模型

介質(zhì)模型基于Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫的標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)接口［13］擴(kuò)展和專門化而得到。設(shè)計獨立的介質(zhì)模型，可以實現(xiàn)介質(zhì)模型與設(shè)備模型控制方程的解耦，從而在構(gòu)建設(shè)備模型時可以獨立于介質(zhì)模型，以最自然的方式描述控制方程和構(gòu)建設(shè)備模型。介質(zhì)模型在設(shè)備模型中定義為可替換組件，設(shè)備模型通過重聲明可以任意選擇介質(zhì)模型。一種介質(zhì)模型是一個模型包，由四部分組成：1）常數(shù)，包括介質(zhì)的名稱、摩爾質(zhì)量等常數(shù)；2）屬性模型，主要包含介質(zhì)的狀態(tài)方程和其他熱力學(xué)方程，描述介質(zhì)主要變量的關(guān)系；3）功能函數(shù)，計算介質(zhì)在不同狀態(tài)下屬性參數(shù)的函數(shù)，例如計算動力粘度；4）類型，聲明適用于熱力學(xué)變量的類型，例如限定變量的大小。

圖1 航天員模型示例Fig.1 Example of crew model

3.3 組件模型

組件模型是一種Modelica限制類，可包括參數(shù)、變量、嵌套類、方程和算法。組件模型的建立采用自低向上方法，通常從繼承基類模型開始，并聲明子組件模型和接口，補(bǔ)充變量和方程（參見第2節(jié)），按照組件的各層次嵌套子模型的組成及其拓?fù)潢P(guān)系，結(jié)合文本建模和拖放式建模逐層遞進(jìn)構(gòu)建組件模型。組件模型對應(yīng)于系統(tǒng)中的基本物理部件，例如管道、閥門、風(fēng)機(jī)、換熱器等，組件模型是功能完整的模型，可以直接實例化并應(yīng)用。所有模型在模型庫中按照設(shè)計的架構(gòu)分類管理。航天員模型如圖1所示。左圖是本文視圖下的部分代碼；右下側(cè)是在組件視圖下的模型圖標(biāo)，它具有用于連接的接口。

4 環(huán)境控制系統(tǒng)仿真分析

4.1 環(huán)境控制系統(tǒng)模型

圖2 航天器座艙環(huán)境控制系統(tǒng)模型Fig.2 Model of environmental control system

航天器座艙環(huán)境控制系統(tǒng)由溫濕度控制子系統(tǒng)、CO2凈化子系統(tǒng)和供氣調(diào)壓子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)模型的構(gòu)建采用自底向上集成的方法，按照系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)，采用第3.3節(jié)所開發(fā)的座艙、航天員、供氣調(diào)壓組件、冷凝換熱器、LiOH吸收罐、氣液分離器、風(fēng)機(jī)、管道、邊界條件和控制器等組件模型構(gòu)建一種典型系統(tǒng)的模型。在MWork平臺的支持下，利用模型庫中的組件模型可以直接進(jìn)行可視化拖放建模；每個組件是獨立的對象，封裝了數(shù)據(jù)和方程，通過接口連接實現(xiàn)組件之間的交互，接口間的連接會自動生成連接方程；組件模型組合可以封裝成子系統(tǒng)模型，實現(xiàn)層次化。環(huán)境控制系統(tǒng)的Modelica模型組件視圖如圖2所示，模型結(jié)構(gòu)與實際物理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對應(yīng)。

4.2 大氣環(huán)境指標(biāo)與模型參數(shù)

表2 大氣環(huán)境指標(biāo)Tab.2 Requirement of atmosphere environment

表3 不同活動狀態(tài)下人的能耗Tab.3 Energy consume of crew in different activity level

環(huán)境控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)［1，14］是仿真模型的重要數(shù)據(jù)。載人航天器座艙環(huán)境控制系統(tǒng)需要將大氣環(huán)境控制在適合航天員生活工作的合理范圍內(nèi)，大氣環(huán)境指標(biāo)如表2所示。

航天員的代謝熱量和排出的濕氣是座艙內(nèi)的主要熱濕載荷。航天員在不同活動等級下的代謝熱量如表3所示。

進(jìn)入冷凝換熱器冷側(cè)的冷卻回路液體溫度保持恒溫，通常為（9±2）℃。供氣調(diào)壓系統(tǒng)供氧的最大質(zhì)量流為0.005kg／s，供氮的最大質(zhì)量流為0.02kg／s。溫濕度控制系統(tǒng)風(fēng)機(jī)從座艙抽取空氣的質(zhì)量流為0.08kg／s左右CO2凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)從座艙抽取空氣的質(zhì)量流為0.01kg／s左右。

4.3 大氣環(huán)境控制性能分析

設(shè)定座艙內(nèi)有三名航天員，作息時間相同，每天處于安靜狀態(tài)8h，輕松工作狀態(tài)14h，高強(qiáng)度工作狀態(tài)2h。溫濕度控制策略采用主動溫度控制，被動濕度控制，即控制過程中只存在對被控溫度的反饋作用，形成閉環(huán)，調(diào)節(jié)流入冷凝換熱器的流量，設(shè)置最佳溫度為22℃。一天內(nèi)座艙大氣溫度和相對濕度的變化分別如圖3所示。仿真結(jié)果顯示溫度基本維持最佳溫度，在航天員代謝狀態(tài)變化時，溫度有小幅度的波動；相對濕度隨產(chǎn)生量的變化而變化，變化幅度較大，能控制在大氣環(huán)境指標(biāo)要求的范圍內(nèi)。

下面分析溫濕度控制策略采用被動溫度控制、主動濕度控制，即控制過程中只存在對被控濕度的反饋作用，調(diào)節(jié)流入冷凝換熱器的流量，設(shè)置最佳相對濕度為50%。一天內(nèi)座艙大氣溫度和相對濕度的變化分別如圖4所示。從仿真結(jié)果可以看到，相對濕度能夠控制在要求的范圍內(nèi)；但溫度變化劇烈，超出了規(guī)定范圍。相對濕度不僅與含濕量有關(guān)，而且受溫度影響。主動濕度控制過程中存在溫度和濕度矛盾的情況，試圖提高濕度控制能力時削弱了溫度控制能力，反而導(dǎo)致濕度情況惡化。

圖3 主動溫度控制的大氣溫濕度Fig.3 T＆H under active temperature control

圖4 主動濕度控制的大氣溫濕度Fig.4 T＆H under active humidity control

結(jié)合以上兩種控制方法的特點，本文提出了一種主動溫濕度控制策略，控制過程中同時存在對被控溫度和被控濕度的反饋，形成閉環(huán)。溫度閉環(huán)控制信號直接調(diào)節(jié)大氣加熱器，將溫度閉環(huán)控制信號和濕度閉環(huán)控制信號分別乘以一定的權(quán)重系數(shù)，利用兩者之和控制進(jìn)入冷凝換熱器的流量。設(shè)置最佳大氣溫度為22℃，最佳相對濕度為50%，一天內(nèi)座艙大氣溫度和相對濕度的變化分別如圖5所示。仿真結(jié)果顯示，大氣溫度維持在控制設(shè)定溫度，熱負(fù)載巨變時有小幅度波動。當(dāng)產(chǎn)濕量適中時，相對濕度能夠維持在控制設(shè)定值。當(dāng)產(chǎn)濕量較大或較小時，相對濕度偏離了設(shè)定值，但與前兩種控制方法相比，其變化范圍縮小了，濕度控制的整體效果得到提高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略比前兩種系統(tǒng)復(fù)雜，加熱器會消耗額外的能量。

CO2分壓和氧氣分壓的控制比較簡單。CO2凈化系統(tǒng)風(fēng)機(jī)從座艙抽取空氣的流量設(shè)置為合理的大小，當(dāng)CO2分壓高于最大值時，認(rèn)為LiOH罐吸收能力不足，將切換新的LiOH罐開始工作。當(dāng)氧氣分壓低于最小界限時，供氣調(diào)壓系統(tǒng)開始補(bǔ)充氧氣，速率根據(jù)總壓的大小決定，直到氧氣分壓大于最大界限時，停止供氧。一周內(nèi)座艙大氣CO2分壓和氧氣分壓分別如圖6所示，都在技術(shù)指標(biāo)要求的變化范圍內(nèi)。

圖5 溫濕度綜合控制的大氣溫濕度Fig.5 T＆H under active temperature and humidity control

圖6 座艙大氣的CO2和氧氣分壓Fig.6 CO2and O2partial pressure in cabin

5 結(jié)束語

本文推導(dǎo)出載人航天器座艙大氣環(huán)境控制系統(tǒng)主要部件的數(shù)學(xué)控制方程，能夠較準(zhǔn)確地模擬系統(tǒng)特性?；贛odelica語言建立了環(huán)境控制系統(tǒng)模型庫，憑借其建模優(yōu)勢，模型具有很高的重用性、擴(kuò)展性、易用性及知識積累能力。搭建一種典型環(huán)境控制系統(tǒng)的模型，對環(huán)境控制性能進(jìn)行仿真分析，提出主動溫濕度綜合控制方法。得到結(jié)論如下：

1）主動溫度控制方法能夠滿足溫濕度控制的需求，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高；單純的主動濕度控制方法削弱了溫度控制能力，也不利于濕度控制；主動溫濕度綜合控制方法考慮溫濕度的耦合作用，能夠同時有效地控制溫度和濕度。

2）總壓和氧分壓采用“先氧后氮”及設(shè)定上下界限的常用控制方法，CO2凈化采用通過調(diào)節(jié)進(jìn)入LiOH裝置的流量和超出CO2分壓上界后更換LiOH裝置的方法，壓力和氣體成分都能夠有效地控制在要求的范圍內(nèi)。

3）各子系統(tǒng)聯(lián)系緊密，互相影響，必須綜合分析，航天員活動狀態(tài)、補(bǔ)充氧氣氮氣的溫度、CO2凈化量及電氣設(shè)備產(chǎn)熱都會影響溫濕度變化；尤其航天員的活動狀態(tài)變化會明顯地影響幾乎所有子系統(tǒng)。

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劉 煒 1992年生，2013年畢業(yè)于華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)為華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計及理論專業(yè)碩士研究生。研究方向為熱流體系統(tǒng)多領(lǐng)域統(tǒng)一建模仿真與優(yōu)化設(shè)計。

陳立平 1964年生，1995年獲華中科大學(xué)械設(shè)計及理論專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究幾何約束求解、多體系統(tǒng)動力學(xué)和多領(lǐng)域建模仿真數(shù)字化設(shè)計支撐技術(shù)。

Modeling and Analysis of Cabin Atmospheric Environmental Control System in a Manned Spacecraft

LIU Wei CHEN Liping DING Jianwan XIE Gang
（School of Mechanical Science and Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074）

The governing equations of components for cabin atmospheric environmental control system in manned spacecraft were built.The general method of establishing model library using multi－domain unified modeling method based on Modelica was presented.A powerful library with high reusability，extensibility and feasibility was built for the environmental control system.A kind of environmental control system including an atmosphere control and supply subsystem（ACSS），atmosphere revitalization subsystem（ARS）and a temperature and humidity control subsystem（THCS）was modeled to carry out the performance analysis and the control strategy study.The investigation shows that three subsystems are coupled deeply and have influence on each other.The active temperature control method is appropriate for THCS.And a better control strategy of active temperature and humidity control was put forward to achieve more effective control capability.The crew activity level should be considered as a variation，which has heavy effects on other subsystems.The established model library and analysis results provide an efficient way to improve the design and running management of the cabin environmental control system in the manned spacecraft.

Atmospheric environmental control；Modelica；Object－oriented modeling；Temperature and humidity control；Manned spacecraft

10.3780／j.issn.1000－758X.2015.03.007

（編輯：王曉宇）

國家863計劃（2013AA041301）資助項目

2014－10－17。收修改稿日期：2015－01－21