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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
水蒸气收集
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
消耗性物质 地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）
（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， 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。
• （4）烟火检测与灭火功能：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。
• （5）航天员舱外活动生命保障功能：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 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。
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：
• 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。 • 航天员在太空好好活着，就是他们最重要的工作。
境控制，生命活动物质条 件保障，应急状态下生命 保障，舱外活动时生命保 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
（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
b.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 d.强迫通风，控制温度，湿度，风速
每人每天需要2.5kg饮水， 此外还需要大量卫生用水。 无水情况下人通常只能存 活3天。
• 第三大要素：食物
主要成分：脂肪，蛋白质， 糖类
2.人体与环境间的物质和能量交换
氧气
水
食品
废水
航天员
废物
二氧化碳
废热
有害气体
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，
（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
（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：当电源故障造成供电不足，会关掉一些与飞行
• 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。
（食物氧化过程）
（3）总物质平衡关系
氧气：0.9kg 水：2.5kg 食品（干状态）：0.6kg 总计：4kg
人体
总量平衡
二氧化碳：1.0kg 废水：2.9kg 固体杂质：0.1kg 总计：4kg
（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)
比例：4：1：1
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
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
蛋白质(17.2KJ/g)
理论值：Q=(4×17.2+1×39+1×17.2) ×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：为航天员创
造一个基本的生存环境， 提供生命活动必需的物质 保障条件，确保身体健康， 工作效率和生命安全。
• 主要功能：座舱大气环
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。
• b.温度应急：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， 所以应配置备份温湿度控制舱密封
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 果航天器规模较大，必须采用多舱制设计。
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)
• 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（储存或消耗式生保 系统）
特点
气源
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
水和食品
地面携带，耗量大于气源
空气净化
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
废物收集处理 人均每天产生3kg废物，长期飞行 则收集定期运回地面
障碍区：5~7km 气压54~40.9kpa 氧分压 11.3~8.6kpa
脑力体力↓↓ 智力障碍表现明显
第一大要素：氧气
代偿区：3~5km 气压70~54kpa 氧分压 14.7~11.3kpa
复杂精细工作能力↓繁重体力劳动能力↓
无症状区：<3km 气压>70kpa 氧分压>14.7kpa
• 第二大要素：水
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
水蒸气收集
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
消耗性物质 地面携带（衣物，卧具，个人卫生用品）
（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， 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。
• （4）烟火检测与灭火功能：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。
• （5）航天员舱外活动生命保障功能：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 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。
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：
• 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。 • 航天员在太空好好活着，就是他们最重要的工作。
境控制，生命活动物质条 件保障，应急状态下生命 保障，舱外活动时生命保 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
（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
b.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 d.强迫通风，控制温度，湿度，风速
每人每天需要2.5kg饮水， 此外还需要大量卫生用水。 无水情况下人通常只能存 活3天。
• 第三大要素：食物
主要成分：脂肪，蛋白质， 糖类
2.人体与环境间的物质和能量交换
氧气
水
食品
废水
航天员
废物
二氧化碳
废热
有害气体
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，
（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
（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：当电源故障造成供电不足，会关掉一些与飞行
• 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。
（食物氧化过程）
（3）总物质平衡关系
氧气：0.9kg 水：2.5kg 食品（干状态）：0.6kg 总计：4kg
人体
总量平衡
二氧化碳：1.0kg 废水：2.9kg 固体杂质：0.1kg 总计：4kg
（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)
比例：4：1：1
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
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
蛋白质(17.2KJ/g)
理论值：Q=(4×17.2+1×39+1×17.2) ×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：为航天员创
造一个基本的生存环境， 提供生命活动必需的物质 保障条件，确保身体健康， 工作效率和生命安全。
• 主要功能：座舱大气环
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。
• b.温度应急：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， 所以应配置备份温湿度控制舱密封
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 果航天器规模较大，必须采用多舱制设计。
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)
• 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（储存或消耗式生保 系统）
特点
气源
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
水和食品
地面携带，耗量大于气源
空气净化
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
废物收集处理 人均每天产生3kg废物，长期飞行 则收集定期运回地面
障碍区：5~7km 气压54~40.9kpa 氧分压 11.3~8.6kpa
脑力体力↓↓ 智力障碍表现明显
第一大要素：氧气
代偿区：3~5km 气压70~54kpa 氧分压 14.7~11.3kpa
复杂精细工作能力↓繁重体力劳动能力↓
无症状区：<3km 气压>70kpa 氧分压>14.7kpa
• 第二大要素：水