上海理工大：助力飞天

　　当杨利伟乘坐神舟五号飞船从太空返回时，他说：“舱内的空气比地面还好。”

　　撰稿／李泽旭(记者)

　　太空人造“地球”

　　在神舟五号、神舟六号顺利升空并返回的过程中，宇航员在飞船中的生活环境一直为人们所关注。

　　人类脱离地球的引力探索外层空间，一个必要条件是创造出人类可以在太空生存的地球环境。太空舱内的环境控制与生命保障系统，不但是载人航天器上最具载人特色的一个重要系统，而且直接关系到航天员的身体健康、工作效率和生命安全。在保持空气中充足氧气的同时，飞船内部还必须采用先进的通风净化系统，可以将空气中各种灰尘杂质及时清除，保持宇航员所需的各种气体的适当比例，使空气质量始终保持在优良等级以上。

　　“这是令人感到相当舒适的环境。” 神六环控生保分系统原主任设计师傅岚在接受采访时说，舱内温度主要依靠专用空调进行控制。空调的工作情况，根据航天员的活动量、飞船受太阳照射程度的变化而自动进行调整。即便是在飞船返回时，飞船外表因与大气的激烈摩擦而达到数千摄氏度，返回舱内仍保持在25℃左右。

　　“在地球上，人们生活在一个庞大的自然生态调节系统当中，不必担心自己的体温会对环境产生影响，也不必担心出汗会加大周围环境的湿度，更不必担心自己呼出的二氧化碳会使自己窒息。然而，这一切到了太空上的宇宙飞船中，就成了必须考虑和解决的问题。”曾为“神舟”的环境控制与生命保障系统流过汗水的上海理工大学动力工程学院蒋旭平教授，形象地向本刊记者描述了地球环境与太空人造地球环境的差异。

　　专家研究结果表明，宇航员在太空遨游时散发出的热量，会使得舱内温度升高，同时，飞船的仪器设备也会散发出热量，这些热量都会对仪器和宇航员产生不良影响。同时，正常情况下，每人每天需要0.83公斤氧气，吐出0.9公斤的二氧化碳。太空中每名航天员每天通过呼吸、排汗等正常代谢，还会大约产生1.8公斤左右的水汽。

　　而这些动态的变化随时危及着在飞船15立方米的狭小空间里生活的宇航员的生命。

　　由于航天员生活的轨道舱和返回舱都是密封的，为了让他们感到更舒服，舱内的除湿、除热、通风调节等都由专门研制的“空调”来完成。

　　“这与地面上我们使用的空调截然不同。”蒋旭平告诉记者，太空失重环境下的飞船轨道舱与返回舱等宇航员的活动空间内由于失重和密闭没有空气流动，“空调”的除湿、除热、通风调节都是强制性的，即便如此，还要考虑到氧气、二氧化碳以及水汽等在空间内分布不均的状况，利用“空调”组进行调节。

　　相比于温度的控制，对湿度的控制要困难得多。长时间的环境控制技术中，碰到的第一个问题就是除湿。航天员一进舱，接触到的是大气环境，但这个环境怎样长时间地保持良好，关键就是大气的相对湿度怎样保持得合适。这在地面能很好解决，但在飞船里就没有那么容易，因为飞船里空气的容积只有15立方米，航天员坐在里头，人体要往外排湿，人呼出气体所带的水蒸气以及皮肤蒸发出来的水蒸气都要进入舱内空气中。在15立方米的狭小空间里，几个小时就能让空气里的水蒸气饱和。水蒸气饱和之后，不仅人待在里面很不舒服，更可怕的是水蒸气会结成露珠，在失重条件下处于飘浮状态，如果这些露珠飘浮到舱内的电器设备上，特别是插头等，很有可能引起舱内电路短路，从而产生非常严重的安全问题。要收集这些露珠和水蒸气，就必须用风机把它们驱散到要收集它们的容器的附近，然后再把它们抽进容器里，进行冷凝，从而把水集中起来，整个过程非常费劲，这叫主动除湿；还有一种方法是被动除湿，即用吸湿的材料把水蒸气吸附掉。

　　编外航天小组

　　在“空调”的作用下舱内航天员拥有了一个优良的通风环境，不会因失重状态下通风不好而缺氧、湿热，区域内的风速也不大不小，不会造成宇航员的不舒适。

　　“要想做到这一切，就必须有一个百分之百可靠的‘空调’设备，这种可靠性就有我们理工大学动力工程学院的一臂之力。”蒋旭平说，“更难能可贵的是，我们是个编外航天小组，是少数几个为航天作出贡献的非航天序列的院校。”

　　作为“神舟五号”的气动性能测试实验设备，蒋旭平教授主持研制的“风机气动性能与可靠性自动测试台”受到国家航天总局和中国空间技术研究院的嘉奖。

　　自2002年10月，以上海理工大学动力工程学院为主和计算机工程学院组成的课题组携手合作，接受了中国航天科技集团五院总体专业技术部下达的“小型风机可靠性及气动性能自动测试台”科研项目，研制一套高性能、高稳定性的热控风机多功能自动测试台。项目于2003年3月通过专家组的验收评审，获得“神舟五号载人飞船”关键地面设备协作奖，为上海市唯一获得表彰的高校。该试验台应用于航天飞船工作舱和返回舱内各种小型轴流、离心风机的运行可靠性和气动性能试验，以确保航天员正常的工作环境和各种航天仪表的安全。试验台检测的风机综合技术参数，还可供新产品或产品改型用作参考和设计依据。在神舟五号载人航天飞船遨游太空之前，测试台对神舟五号飞船热控风机进行了大于4700小时的可靠性测试和综合技术性能测试，为神舟五号的安全可靠运行提供了准确无误的实际测试数据和安全保证。

　　2005年12月，课题组又接受了中国航天科技集团五院总体专业技术部下达的两个科研项目：“目标飞行器流场试验风量模拟装置”和“目标飞行器流场试验风速测量系统”。课题组克服了时间紧，技术要求高的困难，完成了全部硬件设备加工组装和软件编制工作，两套装置于2006年7月18日运抵北京安装调试，并于2006年9月20日初步完成飞行舱内地面模拟试验。

　　蒋旭平告诉记者，目标飞行器流场试验是验证目标飞行器内空气对流通风换热设计方案的重要实验手段，根据目标飞行器研制模样阶段的总体要求，开展目标飞行器流场试验，以确定在不同的工况条件下的各项流动参数。目标飞行器流场试验装置由风量模拟系统和风速测量系统组成。

　　目标飞行器流场风速测量分为两部分来考虑，人区流场的分布情况决定了航天员是否适应生活在这个有限空间，包括对流空气的感觉是否舒适以及人体的正常热交换是否合理，创造一个舒适的环境可以平稳航天员的情绪，提高工作效率；仪器区流场的分布情况为仪器的正常热交换提供了实在的依据，由于仪器的放置位置等对风道的阻力特性有显著的影响，对流场的分布情况有较高的要求，怎样布置仪器才能提高换热效果、才能保证仪器的正常工作，这些方面的研究都必须有准确的流场分布测试数据。

　　为使目标飞行器流场试验中空气循环流动，采用了两套独立的通风系统来完成，即人活动区风量模拟设备和仪器区风量模拟设备。目标飞行器流场试验风量模拟设备是目标飞行器流场试验装置的重要组成部分，其功能可替代通风系统风机，为流场试验提供空气循环流动的风源。风量模拟装置也是一种多功能试验装置，可满足目标飞行器流场试验，为目标飞行器流场试验提供稳定性好、准确定量的试验风源，并检测离心高速风机(模样)在飞行器流场试验工况下风机综合特性和检测目标飞行器流场在飞行器流场试验工况下的综合流动阻力，测试其管路特性。-