2026年太空旅游舱内温湿度均匀性控制

2026/06/022026年太空旅游舱内温湿度均匀性控制汇报人：航天环控工程部目录项目背景与需求分析微重力环境空气动力学基础温湿度均匀性控制总体方案核心部件设计与选型测试验证与实施规划0102030405项目背景与需求分析01太空旅游产业发展态势17次载人飞行98人次累计送客2028年计划节点核心判断环控生保系统需同步完成工程化突破，温湿度均匀性控制是乘客舒适度与安全性的基础保障蓝色起源"新谢泼德"完成17次载人飞行，累计送98人次进入太空SpaceX龙飞船实现轨道驻留及商业太空行走维珍银河空射模式实现亚轨道6分钟失重体验"穿越者壹号"完成全尺寸着陆缓冲验证，计划2028年载人飞行紫微科技D6飞船进入工程研制阶段中科宇航力鸿一号完成亚轨道飞行及伞系减速验证舱内空气循环风机的功能定位1强制对流换热驱动2温湿度均匀化3消除死角4气体分配与净化循环系统组成：通风机+消音器+通风管道+气体分配系统，构成完整的舱内空气循环链路强制对流换热驱动微重力下替代自然对流驱动舱内热量均匀扩散温湿度均匀化消除局部温湿度死角保障乘员区环境一致消除死角防止污染物与热量在滞留区局部富集气体分配与净化循环配合净化系统完成舱内空气品质管理设计需求与核心约束18-26°C舱温控制≤2°C顶部地板温差0.1-0.3m/s风速范围15-25次/h换气次数≤50dB(A)噪声控制冗余安全单点故障不得导致舱内通风中断，系统需具备多重备份机制任务周期连续运行72小时至30天，对设备可靠性提出极高要求微重力无浮力驱动，流场组织完全依赖风机强制通风设计高真空外部散热条件剧变，电机热管理需特殊设计强辐射材料加速老化，电子器件需抗辐射加固处理温度骤变舱体表面温差可达300°C，材料热变形控制难度大微重力环境空气动力学基础02微重力对空气流动的影响机理从"辅助自然对流"转变为"完全替代自然对流"自然对流消失重力驱动的浮力循环完全停止，热空气不再上升流场特征变化换热系数大幅降低，气流分布高度敏感局部富集风险死角区域易形成温度与污染物聚集设计启示强制通风需完全替代自然对流功能自然对流机制失效地面环境中，热空气因密度降低而上升、冷空气下沉，形成持续的浮力驱动循环。微重力条件下，密度差不产生浮力效应，热空气失去上升动力，滞留在热源附近无法扩散，传统散热路径被彻底切断。对流换热效率骤降微重力环境下对流换热系数大幅降低，热量传递几乎完全依赖强制通风的风速驱动。流场分布对进出口位置、导流结构高度敏感，微小的布局差异可导致气流组织完全改变，死角区域易形成温度与污染物的局部富集。强制通风成为唯一手段乘员体热、设备散热无法通过自然对流散失，必须依靠风机主动输送气流。风机布局与导流设计需承担原本由重力完成的全部空气循环功能，从"辅助自然对流"转变为"完全替代自然对流"，这是航天环境控制设计的核心范式转变。密闭空间强制对流特性参数地面常规空调太空舱设计要求风速范围0.05-0.5m/s0.1-0.3m/s温差控制顶部与地面3-5度不超过2度换气次数5-10次/小时15-25次/小时流动特征差异地面：自然对流主导，射流自由扩展太空舱：强制通风主导，射流受限、壁面贴附效应显著换热特征差异地面：自然对流与强制对流协同，蒸发散热辅助太空舱：纯强制对流换热，蒸发冷凝需主动管理温湿度死角形成机理与危害死角危害核心对策：通过合理的气流组织设计与多区域送风策略，从源头消除死角区域死角形成原因浮力对流消失热源附近空气滞留形成热包，热量无法有效扩散气流组织不合理部分区域送风不足，形成空气循环薄弱环节设备布局遮挡舱内设备形成流动盲区，阻碍空气正常流通水汽凝结聚集乘员体表蒸发水汽在低流速区凝结，湿度局部升高温度死角高风险局部过热或过冷，乘员体感不适，影响任务执行效率与安全性湿度死角设备威胁水汽凝结导致设备短路风险，同时滋生微生物污染舱内环境污染物死角健康威胁CO₂及微量有害气体富集，长期暴露威胁乘员健康与认知能力温湿度均匀性控制总体方案03总体设计原则与架构01安全第一冗余设计，单点故障不导致通风中断02高效低噪优化叶轮气动设计，降低噪声与功耗03轻量化严格限制质量与体积，适配舱内空间约束04可维护性支持在轨快速更换与检修05设计余量风量余量≥20%，压头余量≥15%，功率余量≥25%系统架构双风机并联冗余布局一主一备或双机同步降载运行环形主管道+支管分配网络多区域均匀送风集成式功能模块风机段+消音段+净化段+热交换段一体化设计余量指标20%风量余量15%压头余量25%功率余量安全冗余为核心兼顾高效均匀与轻量化舱内气流组织与分配策略环形主管道沿舱壁布置，形成闭合送风回路支管分配网络覆盖乘员区、设备区、通道区等功能区域独立风量调节各支管设独立调节阀，实现分区精准送风气流组织核心作用气流组织是温湿度均匀性控制的核心，直接决定舱内流场品质。通过科学的送风布局与回风设计，实现全舱温度场、速度场的精准调控。系统架构特点采用环形主管道+支管分配网络的分布式架构，形成闭合送风回路，各功能区域独立可控，兼顾整体均匀性与局部舒适性需求。送风方式设计顶部环形送风冷风沿舱壁贴附下沉，形成均匀环形流场地板回风底部集中回风，形成自上而下的整体流动局部强化送风乘员驻留区增设辅助送风口，消除局部死角气流组织评价标准≤2°C顶底温差0.1-0.3m/s风速≤1.5°C测点偏差无吹风感设计全舱温度均匀温度控制技术路径18-26°C舱温范围±1°C/h波动限制≤0.5°C控温精度100-150W乘员代谢热每人持续产热功率动态变化电子设备产热随任务阶段波动300°C舱壁辐射漏热向阳面与背阳面温差主动热控回路液态工质循环携带舱内废热，通过舱外辐射器向太空排放，实现高效热量转移。冷凝干燥器换热空气流经冷凝干燥器与冷却工质进行热交换，快速降低舱内空气温度。舱壁隔热多层隔热材料构建热阻屏障，显著减少外部热辐射对舱内温度的干扰。动态调节根据实时热负荷变化，智能调节工质流量与风机转速，确保温控精度。湿度控制技术路径舱内湿源分析乘员呼吸与排汗1800g/人·天舱内活动产湿餐饮、清洁等冷凝除湿核心流程1初级分离湿空气流经冷凝干燥器，水蒸气遇冷凝结，液滴被波浪状表层捕获，微孔毛细力将液滴引入储水管→2二级分离旋转气液分离器利用离心力将残留液滴甩出，气体留在旋转腔中部，实现气液彻底分离→3水回收冷凝水进入水循环再生子系统，气体经降温除湿后返回舱内辅助除湿手段活性炭吸附低浓度残余水汽分子筛吸附应急工况备用湿度控制目标30%-70%相对湿度冗余设计与故障应对策略任何单一故障不得导致舱内通风中断或温湿度失控冗余设计是保障舱内通风连续性的生命线一主一备模式主风机正常运行，备用风机待命，主风机故障时自动切换切换机制：故障自动触发双机降载模式两台风机同步运行，各承担50%负荷，单机故障后另一台自动提升至满载切换机制：自动升载至100%故障类型应对措施单风机停机自动切换备用风机，切换时间不超过5秒管道局部堵塞支管风量阀自动调节，重新分配气流冷凝干燥器失效切换至备用除湿模块，启动分子筛吸附传感器异常多传感器交叉校验，剔除异常数据核心部件设计与选型04风机类型比选与选型离心式风机轴流式风机优点风压高，克服长管道阻力能力强流量稳定，工况适应性好出口方向灵活可调，布局适应性强缺点体积较大，占用安装空间多叶轮结构复杂，维护难度较高适用场景主管道驱动，克服长管道阻力优点轴向尺寸紧凑，空间利用率高风量大，单位体积送风效率高结构简单，制造维护成本低缺点风压较低，难以克服长管道阻力噪声偏大，需额外降噪措施适用场景短管道循环，区域送风辅助选型方案1主送风采用离心式，保障环形主管道驱动力2局部辅助采用轴流式，灵活适配舱内空间3均需满足抗辐射加固与宽温域运行冷凝干燥器与气液分离器设计冷凝干燥器设计结构波浪状翅片结构增大换热面积，提升冷凝效率分离微孔吸湿层利用毛细力实现气液初级分离收集内层储水管收集冷凝水，导流至水回收系统温控换热工质温度精确控制，避免过度冷却导致乘员不适旋转气液分离器设计原理利用离心力实现微重力下气液彻底分离转速旋转盘转速优化设计，兼顾分离效率与功耗效率分离效率目标：98%以上循环分离水进入再生子系统，气体返回舱内循环集成设计与技术价值模块化封装架构冷凝干燥器与气液分离器采用一体化模块化封装设计，实现功能单元高度集成，减少管路连接点与泄漏风险，优化舱内空间利用率。在轨快速更换能力模块化接口设计支持航天员在轨快速拆装更换，单模块更换时间控制在30分钟以内，无需专用工具，显著降低维护难度与任务中断风险。系统可靠性保障双冗余设计配合高效分离机制，确保温湿度控制连续性；关键部件寿命匹配任务周期，MTBF不低于10万小时。设计约束条件质量≤15kg·功耗≤200W·噪声≤55dB·工作温度范围18-26℃·相对湿度控制40%-60%RH传感器配置与智能控制传感器配置方案温度传感器舱顶、舱壁、地板、乘员区多点布设±0.1℃精度湿度传感器乘员区与回风通道布设±2%RH精度风速传感器送风口与乘员区布设监测流场均匀性CO2传感器乘员呼吸区布设间接反映通风效率智能控制策略PID闭环控制实时调节风机转速前馈补偿预判热湿负荷变化多区域协调各支管风量阀独立控制，实现分区精准调节故障自诊断传感器交叉校验，保障控制可靠性测试验证与实施规划05地面模拟测试方案微重力模拟试验落塔设施数秒微重力环境窗口验证气流组织基础特性抛物线飞行20-25秒微重力窗口测试风机启动与流场建立过程密闭舱全系统测试1:1环境模拟平台搭建舱内环境模拟平台模拟乘员热湿负荷多点传感器阵列采集流场数据验证均匀性指标长时间连续运行72小时-30天考核系统可靠性测试核心指标顶部与地板温差≤2℃乘员区风速0.1-0.3m/s各测点温度偏差≤1.5℃环境噪声≤50dB(A)在轨验证与飞行试验规划阶段时间内容目标无人验证2026-2027搭载无人试验舱，验证气流组织与温湿度控制基础功能系统功能确认短期载人2027-20284-6名乘员72小时在轨驻留，验证实际热湿负荷下的均匀性舒适性达标常态运营2028+30天任务周期连续运行，考核长期可靠性商业运营就绪验证重点温湿度分布均匀性实际乘员热湿负荷下的验证冗余切换稳定性温湿度波动范围与恢复时间长期性能衰减冷凝干燥器与气液分离器考核实施路线图与关键里程碑实施路线图2026Q31方案设计与初样研制完成总体方案设计与关键部件初样研制2026Q42地面联调测试完成地