資源再生系統(tǒng) 助力太空生活
——航天員中心環(huán)控生保再生系統(tǒng)攻關(guān)側(cè)記
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航天員長(zhǎng)期駐留空間站,物資供給必不可少。若在軌時(shí)長(zhǎng)超過(guò)3個(gè)月,僅靠地面補(bǔ)給已不能滿足任務(wù)需要。因而,為航天員提供環(huán)境控制、生命保障和應(yīng)急保障等功能的空間站環(huán)控生保技術(shù)從非再生走向再生,成為實(shí)現(xiàn)空間站在軌長(zhǎng)期運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。
電解制氧子系統(tǒng)、二氧化碳去除子系統(tǒng)、微量有害氣體去除子系統(tǒng)、尿處理子系統(tǒng)、水處理子系統(tǒng)……2020年3月底,這5個(gè)子系統(tǒng)終于完成正樣產(chǎn)品交付,中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天環(huán)控生保室在整個(gè)研制階段,共攻克15項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和11個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
從技術(shù)突破走向工程實(shí)現(xiàn),這也意味著環(huán)控生保再生系統(tǒng)有了質(zhì)的飛躍、長(zhǎng)期在軌駐留有了關(guān)鍵技術(shù)保障。
用沖刺的速度長(zhǎng)跑
2020年初,新冠肺炎疫情來(lái)勢(shì)洶洶。但就在此之前沒(méi)多久,環(huán)控生保再生團(tuán)隊(duì)接到通知:要在短期內(nèi)完成產(chǎn)品正樣交付任務(wù)。而且,這次任務(wù)的交付方式首次由以前的單個(gè)產(chǎn)品交付改為子系統(tǒng)整體交付,這就意味著以前交付后的系列真實(shí)功能性能測(cè)試工作如今都要在交付前完成。
時(shí)間緊、任務(wù)重,團(tuán)隊(duì)一直加班到除夕前,春節(jié)僅休息了3天,就又火速投入到工作中。
水處理子系統(tǒng)總裝集成負(fù)責(zé)人熊濤加入團(tuán)隊(duì)后,經(jīng)過(guò)兩年歷練就挑起大梁,擔(dān)任負(fù)責(zé)人。微量有害氣體去除子系統(tǒng)負(fù)責(zé)人周?chē)?guó)棟是個(gè)90后,25歲就成為最年輕的子系統(tǒng)負(fù)責(zé)人。二氧化碳去除子系統(tǒng)負(fù)責(zé)人張勇平在正樣產(chǎn)品交付任務(wù)中連續(xù)工作一個(gè)月,完成主體工作后,因身體原因不得不暫停工作。隨后,剛?cè)肼殯](méi)多久的該系統(tǒng)總裝集成負(fù)責(zé)人白攀峰,在總體負(fù)責(zé)人楊潤(rùn)澤的幫帶下,及時(shí)頂上空缺,完成后續(xù)任務(wù)。
“我們團(tuán)隊(duì)的工作狀態(tài),好比是用沖刺的速度進(jìn)行長(zhǎng)跑!焙教飙h(huán)控生保室主任卞強(qiáng)說(shuō)。
攻克一個(gè)個(gè)難關(guān)
在以往的載人飛行任務(wù)中,環(huán)控生保使用的是非再生技術(shù),也就是航天員在太空生存所需的氧氣和水都從地面攜帶。如今,環(huán)控生保技術(shù)要從非再生走向再生,尚無(wú)先例可循。據(jù)介紹,這一技術(shù)也是世界難題。
經(jīng)過(guò)兩年初樣研制的探索,楊潤(rùn)澤用兩個(gè)月時(shí)間寫(xiě)了一套再生綜合性能測(cè)試方案,經(jīng)過(guò)集體討論,又反復(fù)改了不下10遍,終于確定了工作項(xiàng)目流程和進(jìn)度,最終的方案內(nèi)容詳盡精細(xì),囊括各大系統(tǒng)每天的工作流程。
進(jìn)入具體研制階段,難題也是一個(gè)接一個(gè)。水氣分離問(wèn)題就是不少系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中都要面對(duì)的難題。
“這主要是因?yàn)樵谖⒅亓l件下,水氣處于混合狀態(tài)!彪娊庵蒲鯃F(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人解釋,所以,要在太空中進(jìn)行電解制氧,也就是將水電解成氧氣和氫氣后,還需要通過(guò)膜分離技術(shù)將氣體與液體分離。
合適的膜材料并不好找。據(jù)介紹,電解制氧團(tuán)隊(duì)反復(fù)調(diào)研試驗(yàn),但最開(kāi)始研制出的膜材料重量和壽命卻仍不符合指標(biāo)要求。后來(lái),他們又走訪請(qǐng)教了行業(yè)內(nèi)資深專家,創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了新型膜結(jié)構(gòu),可新結(jié)構(gòu)又出現(xiàn)了滋生微生物、膜孔堵塞等問(wèn)題。最終,團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持不懈用了9年時(shí)間,終于將難題逐一突破,最終研制出的膜材料壽命比最初的膜材料提升了10倍,重量下降到了最初膜材料的1/4。
如今,在空間站天和核心艙內(nèi),再生生保技術(shù)首次運(yùn)用,大大降低了物資補(bǔ)給成本。比如,由電解水產(chǎn)生氧氣,解決航天員呼吸問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)多年攻關(guān),整個(gè)再生生保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了氧氣資源100%再生,水資源80%再生。據(jù)介紹,有了完整的再生系統(tǒng),發(fā)射重量大大減少,運(yùn)營(yíng)補(bǔ)給成本降低了70%,每年節(jié)省上行物資6噸多。
不帶任何隱患上天
要攻克難關(guān),更要杜絕隱患。
據(jù)介紹,為了保證安全,團(tuán)隊(duì)工作人員不僅要在各階段全方位排查故障,還要經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度、多批次試驗(yàn),讓隱患暴露出來(lái),讓產(chǎn)品不帶任何隱患上天。
水處理子系統(tǒng)產(chǎn)品正樣交付前,噪聲試驗(yàn)時(shí),柱塞泵的出口軟管突然爆裂。在場(chǎng)的人都覺(jué)得匪夷所思:明明有安全閥,這是怎么回事?大家連夜討論,研究圖紙、查看流程,最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)是受結(jié)構(gòu)限制,軟管長(zhǎng)度縮減,導(dǎo)致液體儲(chǔ)存空間減少、壓力變大,引起軟管爆裂。
這些年,類(lèi)似的情況還有不少,航天環(huán)控生保室的研究人員已經(jīng)習(xí)慣了排除一個(gè)個(gè)故障、解決一個(gè)個(gè)難題。
如今,再生系統(tǒng)在空間站順利運(yùn)行,但這個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)還沒(méi)結(jié)束。接下來(lái),他們還要密切監(jiān)視產(chǎn)品在軌運(yùn)行狀態(tài),保障航天員在軌生命安全。
“從受領(lǐng)任務(wù)那天起,大家就揪著一顆心,或許要到再生系統(tǒng)進(jìn)入空間站穩(wěn)定運(yùn)行15年后,這顆懸著的心才能放下!睆堄缕缴钣懈杏|地說(shuō)。
《 人民日?qǐng)?bào) 》( 2021年09月16日 16 版)
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