美国舱外航天服热控技术研究进展

图 １ 水 升 华 器 结构 示 意 图
来稿 日期 ：０ ０ ｌ－ ７修 回 日期 ：００ １ — ０ ２ １一 ０ ２ ； ２１—２２。 作者简介 ： 丰茂龙（ ９ ２ ９ ， ， １ ８ ． 一）男 在读博士生 ， ０ 主要从事载人航天器热控制研究工作 。 ３ ６
工程技术
载人航天 ２ １ 年第 ３ ０１ 期
国舱 外航 天服 热控 技 术 的最 新研 究成 果及 一 些设 计 方法 ，如 辐射 热控 ，水升 华 器及 辐射 器
耦 合 热控 等 。 关键 词 水升 华器 舱 外航 天服 热控 辐射器 热耦合
分 类号
Ｖ ４ － 文 献标 识 码 ４ ５３
Ａ 文 章编 号 １７ — ８ ５ （０ ）０ — ０ ６ ０ ６４ ５ ２ ２ １ １ ３ ０ ３— ６
１ 引 言
随着载 人航 天技 术 的发展 ，航 天员 的 出舱活 动 变得 越来越 频 繁 ， 登月探 测 、 星探测 及建 立 国际 如 火 空 间站等 ，宇宙 空 间的深 冷背 景及环 境 的复 杂多 变
性 给航 天员 的 出舱 活动 （ ｘ ａｅ ｉ ｌｒ ｃ ｖｔ， — Ｅ ｔ ｖｈｃ ａ ｔ ｉ Ｅ ｒ ｕ Ａ ｉｙ Ｖ 带 来 了严重 的阻碍 ， 须进 行 隔热处 理 ， 航 天 Ａ） 必 但
究方向：
热控 系 统 的工 质研 究 ，尤其 是 水 升华 器 系统 内
部 的消 耗工 质 ， 目的是 开发 出一 种 热容 量较 大 ， 华 升
从循 环冷 却 回路 吸 收所要 排 散 的热量 。 由于多 孔板
的外 表 面暴 露在 真空 之 中 ，当不 断 渗透 进 多孔 板 内
性物 质是水 ， 有水 和乙二醇溶 液或者 氨水溶 液 。 也
图 ２为 水升 华器 热 控 系统 简化示 意 图 ， 在 “ 其 阿 波 罗 ” 月及 航 天 飞 机 中都 有 应 用 ， 登 给水 在 气 一 换 液 热 器和 多孔 板之 间 以一定 的压力 引人 ，通 过换 热器
目前美 国舱外 航天 服 的热 控研 究 主要 有 三个 研
载人航天 ２ １ 年第 ３ ０１ 期
工程技术
美国舱外航天服热控技术研究进展
丰茂龙 黄 家荣 范含林 钟 奇
（ 国空间技术研 究 院总体 部 ） 中 摘 要 舱 外航 天服 热控 技 术 已成 为载人 航 天技 术研 究 的重要 方 向之 一 ，各 国先后 开
发 了多种 航 天服 热控 系统 。本 文分析 了美 国近 年舱 外航 天服 热控 技 术相 关研 究 ，论 述 了美
系统。
目前各 航天 大 国均在进 行水 升华 器 系统 的研 究 开发 ， 国是舱外 航 天服 热控 技术最 先进 的 国家 ， 美 本
文查阅了美国近年发表的相关文献 ，对其舱外航天
服热 控系 统 的研 究做 了调研 ，给 出了美 国舱外 航 天 服热控 制技 术研究 的最新进 展 。本文 对我 国的舱外 航 天 服热控 技术研 究及 热控 系统设 计 工作 具有 一定
体 积小 、 量轻 【 在 失 重 和热 负荷 变 化 的条件 下 能 重 ｌ ＿ ，
够可 靠工作 等优 点 ， 因此深 受热 控研 究者 的青 睐 。 图 １为水 升华 器示 意 图 。但 是 水升 华 器是 消耗 性 热 控 部件 ， 其使 用在一 定程 度上 受环 境 的影响 ， 于是 产 生 了利用 辐射 器进行 散热 或者 两者 耦合 的航 天服 热控
２ 舱 外 航 天 服 热 控 原 理 及 应 用
舱 外航 天 服热 控 系统 的主 要组 件 是水 升 华器 或
者 辐射器 。 中水升华 器 的主要 工作原 理是通 过蒸发 其 或 升华一种 消耗性 物质进 入太 空 ， 用这种 物质 的相 利
机 出舱 任务 的一 个备 用方 案 。
美 国舱 外 航 天服 热控 系统 先 后应 用 或 即将 应用 于多个 载人 深 空探测 任务 ，如航 天飞机 ，阿波 罗” “ 登
月 任 务 ，双 子 星 ” 测任 务 ， 星 探 测 Ａｔｒ 月舱 “ 探 火 ｌｉ登 ａ 等 。文献 ［］ 论述 了 Ｅ Ａ热控 系统 在 “ ７概括 Ｖ 阿波 罗 ” 号 飞 船 、双 子星 ” 测 、 “ 探 航天 飞 机及 空 间站 等任 务 中 的
应 用 的细节 。
变潜热， 来调节航天服的温度。 目 前使用较多的消耗
水 升华器 主要 部件 为换 热器 、多 孔板 及循 环制 冷 工质 （ 一般为 水或水 、 乙二醇 溶液 ） 水升华 器与其 。 他 组件 ， 如泵 、 水分 离器 等组 成完 整 系统 。而在 火星 探测 中，鉴 于火 星的环境 稳定性 ，美 国 Ｒｎ 公 司与 ｉｉ Ｎ Ｓ Ａ Ａ合 作 ， 研发 了辐射 器 热控 系统 ， 还开 发 了最 新 型 的航 天服 凹槽 式 薄膜 蒸发 器 等 ，各 种 系统 的研究 现状将 在下 面进 行详述 。
星 ”探测 等 都有 水 升华 器 的身 影 ，俄 罗 斯 Ｏ ｌ ｒ ｎ及 ａ 欧洲 Ｈ ｒ ｅ 计 划 的热 控 系统 采 用 的也 是 水 升 华器 ｅｍ ｓ 系统 。
完 成 出舱 任 务 。各 国的载人 航天研 究 机构先 后 开发 了多种舱 外航 天服 的热控 方 法 ，其 中最 主要 的就是 以水 升华 器为散 热 部件 的热控 系统 ，水 升华 器具 有
的指导作 用和借 鉴意义 。
员 的新陈代谢热量需要排散 ，所以要做好舱外航天
服 的热 控系统 设计 ，保 证航 天员 在合适 的温湿 度下
美 国从 ２ ０世 纪 ５ ０年 代 就 开始 进 行 舱 外 航 天 服 热控 技 术 的研 究 ， 期 主要 是 水 升华 器 热 控 系统 早 的研究 ， 在 随后 的“ 并 阿波 罗 ” 划 中得 到 第 一次 实 计 际 应用 ［】 国航 天 飞机 ，阿 波 罗 ” 月舱 、双 子 ２。美 ． ３ “ 登 “