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来源: 作者: 2018-11-12 18:42:15

NASA与SpaceX测试Crew Dragon系统:保障人员生命安全

摘要:该系统名叫“环境控制与生命支持系统”,简称ECLSS,是一套由机器、管道、箱槽和传感器构成的复杂装置,可为宇航员提供空气及其它生存必备物质。为检验该维生系统效果,SpaceX专门制造了一艘测试版本的CrewDragon飞船。

该系统名叫“环境控制与生命支持系统”,简称ECLSS,是一套由机器、管道、箱槽和传感器构成的复杂装置,可为宇航员提供空气及其它生存必备物质。为检验该维生系统效果,SpaceX专门制造了一艘测试版本的Crew Dragon飞船。

讯 北京时间4月8日消息,据国外媒体报道,NASA最近几天确认已于太空探索公司SpaceX开展合作,共同研制Crew Dragon飞船的维生系统,确保在开展NASA“商业载人航天计划”与SpaceX的其它项目时,宇航员能够安然无恙。

该系统名叫“环境控制与生命支持系统”,简称ECLSS,是一套由机器、管道、箱槽和传感器构成的复杂装置,可为宇航员提供空气及其它生存必备物质。“ECLSS系统及其下属系统为研发人员带来了独特挑战。”商业载人航天计划乘员系统负责人布莱恩·丹尼尔(Brian Daniel)指出,“此类系统必须严格管控对人体安全至关重要的参数,如温度、二氧化碳浓度、氧气浓度和舱内气压等。维生系统的各项功能不但要有容错能力、不易出错,还要在从起飞到降落的整个任务期间始终正常运作。”

图为工程师正在检查ECLSS维生系统。

虽然相关测试由飞船制造商开展,但还需NASA工程师验证测试结果,确保飞船满足飞行安全系数和可靠性的要求。波音公司和SpaceX公司都为往返国际空间站的商业载人航天项目生产宇宙飞船、发射系统和操作络。

为检验该维生系统效果,SpaceX专门制造了一艘测试版本的Crew Dragon飞船。这艘原型机名为“ECLSS模块”(ECLSS Module),尽可能按照实际升空的飞船打造,以确保在制造和测试过程中了解到的信息可以顺利应用在真正的飞船上。

复杂的维生系统络还需为宇航服提供氧气、维持舱内气压、调节温度和湿度等舱内环境状况。它还具备灭火功能,并能清除宇航员呼出的二氧化碳。该系统很大程度上依赖能够自动调节舱内环境的计算机软件。在任务的特定阶段,宇航员需要穿上舱内宇航服,防止遇到气体泄漏和发射中止等紧急情况。

“ECLSS模块”飞船为环境控制系统提供了测试场地。

在研发早期阶段,工程师们曾被关在“ECLSS模块”飞船中四个小时,由ECLSS系统为其提供氧气和氮气。这一条件与飞船和宇航员在飞行过程中的经历十分接近。“‘ECLSS模块’飞船使得我们不需要仅依赖计算机模拟和分析,还能真正测试和观察Crew Dragon飞船的维生系统在自动控制真实舱内环境时的表现。” SpaceX公司维生系统工程师尼古拉斯·利马(Nicolas Lima)指出,“对‘ECLSS模块’飞船开展的大量测试已经帮助我们对Crew Dragon飞船的设计和运行做出了改进,接下来还将继续如此,最终大大提升飞行安全系数。”

Crew Dragon飞船将在NASA的“商业载人航天计划”中将宇航员送至国际空间站。它将搭乘猎鹰9号运载火箭,从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的Complex 39A发射架发射升空。此外,波音公司也在生产CST-100宇宙飞船,也将用于NASA的“商业载人航天计划”。NASA已与两家公司均签署合同。双方将先开展飞行测试,然后轮流将宇航员送至国际空间站。

“ECLSS模块”飞船中配备了透明的地板,但不会出现在真正的飞船中。虽然测试版飞船尽可能地仿照真正的Crew Dragon来制造,但这些透明地板仅供测试使用,以便工程师观察ECLSS维生系统运行时的内部情况。

NASA希望美国宇航员可乘坐Crew Dragon飞船前往国际空间站。通过舱内的四扇舷窗,乘客可饱览地球、月球和太阳系美景。此外,乘客座位均由高级碳纤维和高档反绒皮面料制成。

一旦NASA专家完成对飞船本体、发射系统和其它飞行系统的检验,便将对ECLSS维生系统和其它保障飞行安全的必备系统开展终极测试。Crew Dragon飞船乘员舱高约20英尺(约合6米),直径12英尺(约合3.6米),一次最多可携带7名宇航员。

“2012年,Crew Dragon飞船成为了首艘将货物运送至国际空间站的商业飞船,此前只有政府机构能够实现这一壮举。” SpaceX指出,但Crew Dragon飞船在设计之初就使用了载人飞船的思路,如今SpaceX正在完成必要的改进,使之变为现实。Crew Dragon可提供舒适的飞行体验。通过舱内的四扇舷窗,乘客可饱览地球、月球和太阳系美景。此外,乘客座位均由高级碳纤维和高档反绒皮面料制成。”有了该飞船之后,美国宇航员就不需要再搭乘俄罗斯联盟号运载火箭前往国际空间站了。

NASA希望SpaceX公司和波音公司能在两年之内开始运送宇航员,减少对俄罗斯联盟号运载火箭的依赖。与联盟号不同,Crew Dragon飞船将利用推进器降落在地面上,而不是落入海洋中。SpaceX 指出:“该系统可使Crew Dragon 2代飞船降落在地球或其它行星表面,精确度堪比直升飞机,不需要受海洋限制。”

Crew Dragon飞船还配有先进的紧急逃生系统(已于今年早期接受了测试),发生事故时可迅速将宇航员转移到安全地带,加速度仅与过山车差不多。对于宇航员来说,这点压力可谓不值一提。

Crew Dragon的ECLSS维生系统可为乘员提供舒适而安全的飞行环境。宇航员可将舱内温度设定在65至80华氏度之间(约合18.3至26.7摄氏度)。舱内显示屏将提供飞船性能的实时信息,包括飞船在太空中所处位置、飞行目的地、以及登陆地点环境等。

除遭遇紧急情况外,乘员不需要操控飞船,因为Crew Dragon是一艘全自动飞船。但是,它也可由舱内宇航员和SpaceX地面团队进行监控与控制。

2015年5月,SpaceX成功发射了新型Crew Dragon飞船。飞船升空共启用了八台推进器,从起飞到降落仅用了1分39秒,最终成功落在大西洋中。此次试飞证明,若发射塔出现紧急情况、如有爆炸风险时,Crew Dragon乘员舱可与火箭脱离,将宇航员送到安全地带。这一测验名叫“发射段应急脱离系统试验”。任何载人航天飞船都必须通过这一测验。每台飞船引擎可产生15000磅推力(约合6800千克),可使飞船飞到1500米的高空中。

在此次测试中,飞船返回时落在了海洋中,但今后SpaceX计划让其降落在地面上。一位名叫“巴斯特”的假人代替宇航员参与了此次试飞。它的身上装有各类传感器,可帮助工程师研究人类在加速度极大的情况下如何从紧急情况中脱身。此外,飞船也没有真的搭乘运载火箭发射升空,只是独自被固定在发射塔上,然后由八台推进器将其发送到“安全地带”。

“此次测验不需要做到尽善尽美,我们的主要目标是获取尽可能多的数据,帮助Crew Dragon飞船为2017年开展首次载人任务做准备。” SpaceX公司在发射前表示。但此次试飞对于SpaceX公司的载人航天目标而言具有里程碑式的意义。

“载人航天才是SpaceX公司成立的主要原因。” SpaceX任务保障部门副主席汉斯·库尼斯曼(Hans Koenigsmann)指出,“发射段应急脱离系统试验证明我们已经研发出了革命性的新系统,可保障宇航员安全。这是我们对Crew Dragon 飞船开展的第一次重要测验。”该飞船上配有温度、声学等多种传感器及麦克风装置,以便获取尽可能多的数据。Crew Dragon飞船的下一个目标是通过“飞行中应急脱离试验”,届时将采用相同的发射应急脱离系统,在飞行过程中将飞船转移到安全地区。

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