航天生命保障系统

1、航天生命保障系统01031101班RQW航天生命保障系统概述航天器面临的太空环境 极端温度环境：直接照射面，高达100以上。而背阴面，温度则可低至 -100 -200 高能粒子,宇宙射线 失重和微重力环境 高度真空生保系统：航空器VS航天器 短时间 环控系统 救生系统 长时间 舱内大气环境 物质保障，废物处理 救生系统航天生命保障系统概述mindmap航天生保系统任务和系统种类发展和现状（不讲）一.引言 生命活动物质保障：氧气.水.食物.微量元素 生命活动产生废物：气体.液体.固体 航天生命保障的基本任务就是：为航天员储存足够的水和食物，收集和处理废物，使航天员的生命活动得以正常进行。 航天员

2、在太空好好活着，就是他们最重要的工作。 应急生保系统保证在紧急情况下给及时给航天员提供应急供养，确保航天员生命第一物质的不间断供给。 烟火检测与灭火等安全技术确保安全，在技术上，灭火的实施及灭火后处理有赖于环控生保技术的支持。 舱外活动生命保障系统为出舱执行任务的航天员提供生命保障的个人携带环控生保系统，由舱外航天服，供养调压，通风净化，湿温度控制和监控等分系统构成的相对独立的环控生保系统。二.生保系统的任务和功能 1.人的生存坏境和生命保障条件 2.人体与环境间的物质和能量交换 3.生保系统的具体任务和功能 4.烟火检验与灭火功能 5.航天员舱外活动生保功能1.人的生存坏境和生命保障条件无症

3、状区：70kpa 氧分压14.7kpa代偿区：35km 气压7054kpa 氧分压14.711.3kpa 复杂精细工作能力繁重体力劳动能力障碍区：57km 气压5440.9kpa 氧分压11.38.6kpa 脑力体力 智力障碍表现明显危险区：7km 气压40.9kpa 氧分压8.6kpa 智力，运动协调能力严重影响，很快丧失意识第一大要素：氧气 第二大要素：水第二大要素：水 每人每天需要每人每天需要2.5kg饮水，饮水，此外还需要大量卫生用水。此外还需要大量卫生用水。 无水情况下人通常只能存无水情况下人通常只能存活活3天。天。 第三大要素：食物第三大要素：食物 主要成分：脂肪，蛋白质，主要成分

4、：脂肪，蛋白质，糖类糖类2.人体与环境间的物质和能量交换水废水二氧化碳废热有害气体废物食品氧气航天员环控系统与航天员四大关系 （1）舱内大气间的物质和能量交换关系 每人每天耗氧0.9kg 产生二氧化碳1.0kg 有害物质：有机酸，醛类，酮类，醇类等 人均排湿量：1.2kg（2）水交换关系 人均摄水量：2kg（饮水）+0.5kg（食物含水）=2.5kg 人均排水量：1.2kg(排湿量)+1.55kg（尿液含水） +0.15kg（粪便含水）=2.9kg 排水量-摄水量=2.9kg - 2.5kg=0.4kg(人机体代谢产水量) （食物氧化过程）（3）总物质平衡关系人体氧气：氧气：0.9kg水：水：

5、2.5kg食品（干状态）：食品（干状态）：0.6kg总计：总计：4kg二氧化碳：二氧化碳：1.0kg废水：废水：2.9kg固体杂质：固体杂质：0.1kg总计：总计：4kg总量平衡总量平衡（4）能量消耗与平衡关系人均干食品：0.6kg糖类(17.2KJ/g)脂肪(39KJ/g)蛋白质(17.2KJ/g)比例：4：1：1理论值：理论值：Q=(417.2+139+117.2) 600/6=12500KJ=145W日均消耗能量（排热量）3.生保系统的具体任务和功能 基本任务：基本任务：为航天员创为航天员创造一个基本的生存环境，造一个基本的生存环境，提供生命活动必需的物质提供生命活动必需的物质保障条件，

6、确保身体健康，保障条件，确保身体健康，工作效率和生命安全。工作效率和生命安全。 主要功能：主要功能：座舱大气环座舱大气环境控制，生命活动物质条境控制，生命活动物质条件保障，应急状态下生命件保障，应急状态下生命保障，舱外活动时生命保保障，舱外活动时生命保障及防火灭火等。障及防火灭火等。五大功能 （1）座舱大气环境参数控制功能 作用：舱内创造适宜生存大气环境舱内创造适宜生存大气环境 （最适环境接近海平面大气环境）（最适环境接近海平面大气环境） 具体功能：a.储氧氮气，或再生氧气储氧氮气，或再生氧气 b.供氧补氧，保持总压，氧分压供氧补氧，保持总压，氧分压 c.收集控制二氧化碳及有害气体收集控制二氧

7、化碳及有害气体 d.强迫通风，控制温度，湿度，风速强迫通风，控制温度，湿度，风速（2）生命活动物质条件保障功能 具体功能a.储存和供给足够的水b.收集处理废水c.食品的储存供给配置d.废物处理和卫生保障e.人员休息，睡眠，文娱，健身等活动空间站内净水装置空间站内净水装置（3）应急状态下的生命保障功能 主要三大应急情况： a.电源应急电源应急：当电源故障造成供电不足，会关掉一些与飞行当电源故障造成供电不足，会关掉一些与飞行无关的设备（如科学试验项目等），甚至降低环控系统的舒适程度，无关的设备（如科学试验项目等），甚至降低环控系统的舒适程度，来确保环控生保系统用电。来确保环控生保系统用电。 b.温

8、度应急温度应急：当主冷源系统或温湿度系统故障，会造成舱内当主冷源系统或温湿度系统故障，会造成舱内气温，湿度增高，降低了舒适度，影响航天员身体健康，工作效率，气温，湿度增高，降低了舒适度，影响航天员身体健康，工作效率，所以应配置备份温湿度控制设备。所以应配置备份温湿度控制设备。 c.压力应急压力应急：当供气调节设备发生无法排除故障或座舱密封当供气调节设备发生无法排除故障或座舱密封破坏，座舱压力会迅速下降，这是应利用压力应急系统应急供养。如破坏，座舱压力会迅速下降，这是应利用压力应急系统应急供养。如果航天器规模较大，必须采用多舱制设计。果航天器规模较大，必须采用多舱制设计。 （4）烟火检测与灭火功

9、能：载人航器设计和安全的首要载人航器设计和安全的首要任务，尤其是长期载人航天任务。任务，尤其是长期载人航天任务。 （5）航天员舱外活动生命保障功能：为航天员出舱进为航天员出舱进行舱外设备维护，安装和取回舱外设备仪器，进行空间结构组装，以行舱外设备维护，安装和取回舱外设备仪器，进行空间结构组装，以及进行运输飞船装卸货物和液体加注等空间作业提供的背包式环控生及进行运输飞船装卸货物和液体加注等空间作业提供的背包式环控生保系统。保系统。三.生保系统的种类 根据物质的循环方式，物质能否再利用为依据： 1.非再生式生保系统 2.物理/化学再生式生保系统 3.生物再生式生保系统（1）非再生式生保系统（储存或

10、消耗式生保系统）特点气源水和食品空气净化废物收集处理水蒸气收集消耗性物质利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面乘员呼吸和体表蒸发需收集，作乘员呼吸和体表蒸发需收集，作蒸发制冷水源或排外或带回地面蒸发制冷水源或排外或带回地面地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）地面携带（衣物，卧具，

11、个人卫生用品）利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸

12、收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源乘员呼吸和体表蒸发需收集，作乘员呼吸和体表蒸发需收集，作蒸发制冷水源或排外或带回地面蒸发制冷水源或排外或带回地面人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，

13、氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）乘员呼吸和体表蒸发需收集，作乘员呼吸和体表蒸发需收集，作蒸发制冷水源或排外或带回地面蒸发制冷水源或排外或带回地面人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于

14、气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活

15、性炭和常温催化剂吸收或吸附利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气

16、源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧乘员呼吸和体表蒸发需收集，作乘员呼吸和体表蒸发需收集，作蒸发制冷水源或排外或带回地面蒸发制冷水源或排外或带回地面人均每天产生人均

17、每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）乘员呼吸和体表蒸发需收集，作乘员呼吸和体表蒸发需收集，作蒸发制冷水源或排外或带回地面蒸发制冷水源或排外或带回地面人均每天产生人均每天产生3kg废物，长期飞行废物，长期飞行则收集定期运回地

18、面则收集定期运回地面用消耗性氢氧化锂，超氧化物用消耗性氢氧化锂，超氧化物活性炭和常温催化剂吸收或吸附活性炭和常温催化剂吸收或吸附地面携带，耗量大于气源地面携带，耗量大于气源利用高压气瓶或低温超临界液态利用高压气瓶或低温超临界液态储存氧源，氮源或利用化学产氧储存氧源，氮源或利用化学产氧（2）物理/化学再生式生保系统把乘员生命活动中产生的废物，废水，废气，利用物理化学反应再生，把乘员生命活动中产生的废物，废水，废气，利用物理化学反应再生，制造出氧气，纯净水和食物，这是一项复杂困难的工程技术任务。制造出氧气，纯净水和食物，这是一项复杂困难的工程技术任务。物化再生氧气再生废水再生食物再生二氧化碳高温催化与氢气还原反应二氧化碳高温催化与氢气还原反应生成水和甲烷，水电解放出氧气生成水和甲烷，水电解放出氧气水蒸气，尿液，洗涤水经水净化器作为水蒸气，尿液，洗涤水经水净化器作为纯净水，卫生洗涤大部分用于电解制氧纯净水，卫生洗涤大部分用于电解制氧实际解决为时甚远，最终要靠生物实际解决为时甚远，最终要靠生物再生生命保障技术再生生命保障技术（3）生