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        艙門快速檢漏儀
        ——載人航天器的“門神”

        2021-06-07 01:53:30董義鵬孫晉川周明馬動濤雷志廣崔致和
        真空與低溫 2021年3期

        董義鵬,孫晉川,周明,馬動濤,雷志廣,崔致和,曹 軍

        (蘭州空間技術(shù)物理研究所,蘭州 730000)

        中國空間站是中國載人航天三步走戰(zhàn)略的第三步,這個階段中國將掌握近地軌道空間組裝、近地軌道長時間有人駐留等技術(shù)??臻g站由節(jié)點艙將核心艙和兩個空間實驗艙(即“夢天”“問天”)聯(lián)結(jié)形成T字型結(jié)構(gòu),節(jié)點艙還提供一個對接口與神舟載人飛船對接,核心艙另一端有一個對接口與天舟貨運飛船對接,形成更大的“+”構(gòu)型。這些艙都是加壓艙,航天員在空間站工作和生活時,維持艙內(nèi)正常生活所需的氣壓對于航天員的生命安全至關(guān)重要。在空間站建造過程及15年的運營期間,會有多艘載人飛船和貨運飛船與其對接,一批又一批的航天員將在軌開展長期的科學(xué)實驗工作。航天員在空間站工作和生活時,要經(jīng)常往返于各個艙段間,穿艙、出艙活動中打開和關(guān)閉艙門有可能改變艙門的密封狀態(tài),飛船和艙段的對接和分離也有可能破壞界面的密封,給航天員的生命安全造成隱患。如何準(zhǔn)確而快速地檢測出艙門的密封情況成為一項非常重要的工作。

        國外早期的載人航天器通常采用在整艙布置一定數(shù)量的壓力傳感器,通過監(jiān)測艙壓變化的方式來判斷整艙的密封情況。這種方法耗時較長、精度較差,一旦出現(xiàn)密封不良的情況,必須打開艙門,恢復(fù)正常后再重新關(guān)閉,因此浪費大量的氣體。這對于時間按秒計、質(zhì)量按克計的載人航天任務(wù)來說,不是最好的方法。因此迫切須要改進(jìn)檢測手段,在保證準(zhǔn)確性的同時縮短檢測時間。蘭州空間技術(shù)物理研究所研制的艙門快速檢漏儀正是在這一背景下研發(fā)的機電一體化設(shè)備,能夠?qū)ε撻T和對接框密封面進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的漏率檢測,具有國際先進(jìn)水平,產(chǎn)品照片如圖1所示。從載人飛船、貨運飛船到“天宮”實驗室,再到空間站各個艙段(“天和”“夢天”“問天”),艙門快速檢漏儀已成為載人航天飛行器的系列化“標(biāo)配”設(shè)備,為航天員在軌工作和生活提供堅實的安全保障,稱得上是載人航天器的“門神”。

        圖1 空間站艙門快速檢漏儀實物圖

        為確保密封可靠,我國的飛船艙門和對接通道密封面上都裝有雙道密封圈,艙門關(guān)閉后雙道密封圈與門框之間會形成一個環(huán)形的小腔體,艙門快速檢漏儀巧妙利用了這種特有結(jié)構(gòu),向環(huán)形小腔內(nèi)充入一定量的高壓檢測氣體,通過監(jiān)測小腔體內(nèi)壓力的變化,計算出密封腔體漏率來判斷艙門的密封情況。如果漏率超過設(shè)定的閾值,表明艙門的漏率超標(biāo),泄漏較大,艙門快速檢漏儀會立刻通過面板顯示并同時向數(shù)管系統(tǒng)發(fā)出報警信息。艙門快速檢漏儀如同衛(wèi)士一樣提醒航天員“艙門沒有關(guān)好,存在危險,暫時不能入住?!焙教靻T根據(jù)提示,按照處理預(yù)案對艙門進(jìn)行清潔處理并重新關(guān)閉,再次檢漏合格后,才能放心入住艙內(nèi)。

        艙門快速檢漏儀內(nèi)部采用高精度壓力傳感器,通過自主研發(fā)的信號采集技術(shù)和漏率算法,可以準(zhǔn)確計算艙門密封腔體內(nèi)壓力的變化量,在2 min內(nèi)快速給出嚴(yán)重泄漏的結(jié)果,在8 min內(nèi)快速給出準(zhǔn)確的漏率檢測結(jié)果,而整艙艙壓檢漏法需要30 min以上的時間才能給出判斷結(jié)論。

        2021年4月29日,中國空間站“天和”核心艙發(fā)射升空,準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。在加電測試中所有的艙門快速檢漏儀工作正常,艙門漏率合格,狀態(tài)良好。后續(xù)隨著空間站“問天”艙和“夢天”艙與核心艙組裝完成后,將有多臺艙門快速檢漏儀各自“駐守”在載人航天器上,為航天員提供艙門密封狀態(tài)信息,確保航天員工作和生活環(huán)境安全。

        關(guān)鍵詞:載人航天器;艙門快速檢漏儀;漏率

        Key words:manned spacecraft;rapid leak detector for cabin door;leakage rate

        中圖分類號:V441文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1006-7086(2021)03-0304-01

        DOI:10.3969/j.issn.1006-7086.2021.03.18

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