我國神舟飛船結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)介紹

我國神舟飛船結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)介紹

目錄

目錄..............................................................................1

前言..............................................................................2

1.神舟飛船結(jié)構(gòu)介紹.............................................................2

1.1.軌道艙....................................2

1.2.返回艙....................................................................3

1.3.推進(jìn)艙.....................................3

1.4.附力口段....................................................................4

2.技術(shù)設(shè)計.......................................................................4

2.1.主要任務(wù)與功能結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)..........4

2.2.組成.....................................................................4

2.2.1.名吉才白.................................5

2.2.2.機(jī)構(gòu).................................................................5

2.3.主要技術(shù)性能指標(biāo)........................................................5

3.技術(shù)特點(diǎn).......................................................................6

3.1.大型結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)..........................6

3.2.載人航天密封艙設(shè)計技術(shù)...................7

3.2.1.密封件...............................8

3.2.2.密封艙門............................................................8

3.2.3.通氣閥...............................9

3.3.再入防熱技術(shù).............................11

3.3.1.燒蝕材料的箍選及設(shè)計................14

3.3.2.防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計.........................14

3.4.艙段連接分離技術(shù)..........................18

3.5.著陸緩沖技術(shù)............................................................30

4.環(huán)境控制與生命保障.........................................................31

4.1.神舟飛船環(huán)控生保技術(shù).....................32

4.2.飛船應(yīng)急狀態(tài)下的環(huán)控生保技術(shù)............35

4.3.微重力環(huán)境下的航天員生活保證技術(shù)......................................36

4.4.環(huán)控生保系統(tǒng)的測量控制技術(shù)..............37

5.神舟飛船結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成及總體布局..........................................37

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5.1.軌道艙的布局........................................................37

5.2.返回艙的布局........................................................38

5.3.推進(jìn)艙布局..........................................................39

5.4.附加段布局..........................................................40

前言

結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)作為飛船的重要分系統(tǒng)之一，其大型結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)、

密封技術(shù)、再入防熱技術(shù)、艙段連接分離技術(shù)、著陸緩沖技術(shù)等與飛行成敗和

航天員生命安全直接相關(guān)。在結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)研制過程中，逐步攻克了載人

航天的各項關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)。

1.神舟飛船結(jié)構(gòu)介紹

“神舟”載人飛船全長8.86米，最大處直徑2.8米，總重量達(dá)到7790公

斤。從構(gòu)型上來說，由軌道艙，返回艙和推進(jìn)艙以及一個附加段組成。采用的

是典型的“三艙一段”式結(jié)構(gòu)。整個飛船按照功能還能分為13個不同的分系統(tǒng)。

這13個分系統(tǒng)都是用它的功能來命名的，它們是：有效載荷、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱

控制、指導(dǎo)導(dǎo)航與控制、推進(jìn)、電源、數(shù)據(jù)管理、測控與通信、環(huán)境控制與生

命保障、乘員、回收與著陸、儀表與照明和應(yīng)急救生分系統(tǒng)。這些系統(tǒng)分別布

置在這“三艙一段”式結(jié)構(gòu)的神州飛船中，相互分工合作，完成一次太空遨游。

下面分別介紹各個艙段的情況：

1.1.軌道艙

尺寸：長2.8米，直徑2.2米。

神州飛船的軌道艙的外形為圓柱形的。為了使軌道艙在獨(dú)自飛行的階段可

以獲得電力，軌道艙的兩側(cè)安裝了太陽電池翼，每塊太陽翼除去三角部分面積

為2.0X34米，軌道舲自由飛行時，可以由它提供0.5千瓦以上的電力。軌道

艙尾部有4組小的推進(jìn)發(fā)動機(jī)，每組4個，為飛船提供輔助推力和軌道艙分離

后繼續(xù)保持軌道運(yùn)動的能力；軌道艙一側(cè)靠近返回艙部分有一個圓形的艙門，

為航天員進(jìn)出軌道艙提供了通道，不過，該艙門的最到直徑僅65厘米，只有身

體靈巧、受過專門訓(xùn)練的人才能進(jìn)出自由。艙門的上面有軌道艙的觀察窗。

軌道艙是飛船進(jìn)入軌道后航天員工作、生活的場所。艙內(nèi)除備有食物、飲

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水和大小便收集器等生活裝置外，還有空間應(yīng)用和科學(xué)試驗(yàn)用的儀器設(shè)備。

返回艙返回后，軌道艙相當(dāng)于一顆對地觀察衛(wèi)星或太空實(shí)驗(yàn)室，它將繼續(xù)

留在軌道上工作半年左右。軌道艙留軌利用是中國飛船的一大特色，俄羅斯和

美國飛船的軌道艙和返回艙分離后，一般是廢棄不用的。

1.2.返回艙

尺寸：長2.00米，直徑2.40米（不包括防熱層）。

神州飛船的返回艙呈鐘形，有艙門與軌道艙相通。放回艙式飛船的指揮控

制中心，內(nèi)設(shè)可供3名航天員斜躺的座椅，共航天員起飛、上升和返回階段乘

坐。座椅前下方是儀表板、手控操縱手柄和光學(xué)描準(zhǔn)鏡等，顯示飛船上個系統(tǒng)

機(jī)器設(shè)備的狀況。航天員通過這些儀表進(jìn)行監(jiān)視，并在必要時控制飛船上系統(tǒng)

機(jī)器設(shè)備的工作。軌道艙和返回艙均是密閉的艙段，內(nèi)有環(huán)境控制和生命保障

系統(tǒng)，確保艙內(nèi)充滿一個大氣壓力的氧氮混合氣體，并將溫度和濕度調(diào)節(jié)到人

體合適的范圍，確保航天員在整個飛行任務(wù)過程中的生命安全。

另外，艙內(nèi)還安裝了供著陸用的主、備兩具降落傘。神州好飛船的返回艙

側(cè)壁上開設(shè)了兩個圓形窗口，一個用于航天員觀測窗外的情景，另一個共航天

員操作光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡觀測地面駕駛飛船。返回艙的底座是金屬架層密封結(jié)構(gòu)，上

面安裝了返回艙的儀器設(shè)備，該底座重量輕便，且十分堅固，在返回艙返回地

面進(jìn)入大氣層時，保護(hù)返回艙不被炙熱的人氣燒毀。

1.3.推進(jìn)艙

尺寸：長3.05米，直徑2.50米底部直徑2.80米

神舟號的推進(jìn)艙又稱設(shè)備艙，它呈圓柱形，內(nèi)部裝載推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)和

推進(jìn)劑，為飛船提供調(diào)整姿態(tài)和軌道以及制動減速所需要的動力，還有電源、

環(huán)境控制和通信等系統(tǒng)的部分設(shè)備。兩側(cè)各有一對太陽翼，除去三角部分，太

陽翼的面積為2.0X7.5米。與前面軌道艙的電池翼加起來，產(chǎn)生的電力將三倍

于聯(lián)盟號，平均1.5千瓦以上，差不多相當(dāng)于富康A(chǔ)X新浪潮汽車的電源所提供

功率。這幾塊電池翼除了所提供的電力較大之外，它還可以繞連接點(diǎn)轉(zhuǎn)動，這

樣不管飛船怎樣運(yùn)動，它始終可以保持最佳方向獲得最大電力，免去了“翹向

太陽”所要進(jìn)行的大量機(jī)動，這樣可以在保證太陽電池陣對日定向的同時進(jìn)行

飛船對地的不間斷觀測。

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2.2.1.結(jié)構(gòu)

飛船主體結(jié)構(gòu)由推進(jìn)艙結(jié)構(gòu)、返回艙結(jié)構(gòu)、軌道艙結(jié)構(gòu)和附加段結(jié)構(gòu)組成。

返回艙與軌道艙結(jié)構(gòu)為密封結(jié)構(gòu)，提供航天員生活與工作的密封環(huán)境，承

受各種力學(xué)載荷。返回艙外層為防熱結(jié)構(gòu)，承受再入時的氣動熱與氣動力載荷。

附加段與推進(jìn)艙結(jié)構(gòu)為非密封承力結(jié)構(gòu)。

附加段與軌道艙之間用螺栓連接，軌道艙與返回艙之間、返回艙與推進(jìn)艙

之間通過艙段連接、解鎖機(jī)構(gòu)連接。

2.2.2.機(jī)構(gòu)

1）返14艙與軌道艙之間的連接分離機(jī)構(gòu)：設(shè)置火工機(jī)構(gòu)鎖I、火工鎖分離推

桿、非電傳爆裝置、電路斷接器、液路斷接器、氣路斷接器等產(chǎn)品

2）返回艙與推進(jìn)艙之間的連接分離機(jī)構(gòu)：設(shè)置火工機(jī)構(gòu)鎖H、彈簧分離推桿、

分離密封板組件。

3）部件連接分離機(jī)構(gòu)：設(shè)置拋底火工鎖、側(cè)壁天線蓋鎖、大底天線蓋鎖。

4）著陸緩沖機(jī)構(gòu)：根據(jù)飛行任務(wù)配置2（或3）個座椅、2（或3）個座椅緩沖器。

5）密封艙門及檢測裝置：軌道艙艙門組件、返回艙艙門組件、艙門快速檢漏

儀、艙門壓點(diǎn)開關(guān)。

6）其他功能機(jī)構(gòu)：通氣閥、傘艙防撞氣囊裝置。

2.3.主要技術(shù)性能指標(biāo)

D在各種力學(xué)載荷條件下，結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生有害的永久變形或破壞失效，能夠

承受飛行過程中的振動環(huán)境，飛船結(jié)構(gòu)應(yīng)保證整船的主模態(tài)應(yīng)與運(yùn)載系統(tǒng)配套,

其橫向基頻“.5Hz,縱向基頻“0Hz。

2）結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足規(guī)定精度要求，提供結(jié)構(gòu)精度基準(zhǔn)，為連接分離機(jī)構(gòu)創(chuàng)迨必

要的條件。滿足儀器設(shè)備安裝所需特殊精度要求。

3）在飛行任務(wù)過程中保證航天員座艙的密封，在艙壓91kPa±10kPa的條件

下，密封艙的總泄露率不大于lkg/d。

4）返回艙結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠承受正常和應(yīng)急再入過程中的氣動加熱，保證艙壁的

溫度環(huán)境和密封性，返回艙再入后，金屬內(nèi)壁溫度不大于200℃,持續(xù)時間不

大于15min。返回艙著陸前，火工品處溫度小于110℃。

5）艙段之間相對分離速度和同步性要求必須滿足要求。

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6）具有足夠的緩沖性能。當(dāng)返回艙在一定的著陸姿態(tài)范圍內(nèi)以垂直8m/s、

水平10m/s速度分量著陸時，經(jīng)密封大底、座椅緩沖器、賦形墊轉(zhuǎn)動中心的沖

擊過載、加速度增長率和作用時間在輕度損傷限以下（含輕度）。

7）可靠性與安全性

a.結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)可靠性指標(biāo)0.9881（丫=0.7）,其中艙間解鎖栓、火二推

桿可靠性指標(biāo)要求0.9999（y=0.9）o

b.安全性指標(biāo)指9998（丫=0.7）。

c.火工裝置工作時間向返回艙內(nèi)泄露的CO等有害氣體濃度小于安全標(biāo)準(zhǔn)。

3.技術(shù)特點(diǎn)

飛船結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)的復(fù)雜程度、載人航天器的特殊設(shè)計要求以及高可

靠性與安全性要求所帶來的技術(shù)難題是以往衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)無法比擬

的。

3.1.大型結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

1）結(jié)構(gòu)構(gòu)型與接口

神舟飛船結(jié)構(gòu)是迄今為止我國研制的尺寸最大、受載荷最復(fù)雜、可靠性與

安全性要求最高的航天器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。飛船結(jié)構(gòu)總高9m多，軌道艙、返回艙與推

進(jìn)艙結(jié)構(gòu)為回旋體，直徑在2.25m~2.5m之間，呈細(xì)長型。神舟一號飛船結(jié)構(gòu)外

形如圖1所示。

圖1神舟一號飛船結(jié)構(gòu)外形

飛船與運(yùn)載火箭之間的機(jī)械接口關(guān)系與其他航天器不同，除了推進(jìn)艙后端

框與運(yùn)載火箭之間用包帶連接之外，還要通過整流罩上9個逃逸支撐機(jī)構(gòu)卡點(diǎn)

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與軌道艙連接，為了保證航天員的生命安全，設(shè)置了應(yīng)急救生系統(tǒng)。一旦運(yùn)載

火箭出現(xiàn)異常，返回艙與推進(jìn)艙解鎖，逃逸火箭攜帶返回艙、軌道艙迅速逃逸。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計安全系數(shù)

除承受正常發(fā)射的載荷外，飛船還要承受逃逸載荷。逃逸狀態(tài)載荷比正常

飛行載荷大得多。結(jié)構(gòu)設(shè)計要兼顧兩種載荷工況以及密封壓力載荷工況，并使

結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量優(yōu)化。伊對不同的載荷作用和結(jié)構(gòu)失效的嚴(yán)重程度，制定了飛船

結(jié)構(gòu)不同載荷工況的設(shè)計安全規(guī)范。對內(nèi)壓設(shè)計載荷而言，為保證航天員在軌

的安全性，保證艙體的密封，取較大的安全系數(shù)，而對于小概率事件的逃逸載

荷則取較低的安全系數(shù)，這樣既保證了可靠性又使結(jié)構(gòu)效率提高。

3）優(yōu)化方案設(shè)計

由于功能要求，飛船的密封艙開口多而且尺寸大。返回艙側(cè)壁開口20多處,

其中3200mm以上的開口12個；軌道艙開口近20處，⑴200mm以上的開口5

個。這些開口造成很大的應(yīng)力集中，尤其是直徑（p900多mm的兩個傘艙口焊縫

相距僅70多mm,軌道艙兩個大開口焊縫僅相距106mm,開口應(yīng)力集中區(qū)相互

迭加。為減輕結(jié)構(gòu)重量，軌道艙與返回艙焊接結(jié)構(gòu)蒙皮設(shè)計厚度很薄，為此對

各開口加強(qiáng)法蘭進(jìn)行優(yōu)化計算，既保證了結(jié)構(gòu)的整體重量較輕又保證了艙體的

強(qiáng)度和剛度，同時保證了開口處的密封性。

在確定軌道艙前后封頭的方案時有兩種選擇：一種是球形封頭承受內(nèi)后有

利；另一種是錐形封頭有利于提高整船剛度，通過反復(fù)的比較和分析計算發(fā)現(xiàn),

整船橫向剛度偏低的矛盾更突出，最終采用了錐形封頭的方案，與聯(lián)盟號的球

形生活艙不大一樣。軌道艙前后錐段的半錐角大于55。，超出壓力容器設(shè)計常規(guī)

（半錐角30。?45。）。在設(shè)計中用經(jīng)典法和有限元進(jìn)行分析計算，確保了連接框在

內(nèi)壓載荷作用下的穩(wěn)定性。4）動力學(xué)特性

由于9個逃逸卡點(diǎn)的存在，使得飛船/運(yùn)載系統(tǒng)的動力學(xué)特性非常復(fù)雜，設(shè)

計中首次應(yīng)用多界而助力學(xué)理論建立了飛船的船/箭耦合分析模型，與運(yùn)載系統(tǒng)

進(jìn)行耦合分析，解決了飛船與運(yùn)載多界面連接的動力學(xué)問題，提出了復(fù)雜邊界

條件、大型低基頻結(jié)構(gòu)的動力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，開創(chuàng)性的制定了試驗(yàn)下凹控制準(zhǔn)則,

確保了整船各項大型的動力實(shí)驗(yàn)一次成功。

3.2.載人航天密封艙設(shè)計技術(shù)

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飛船的返回艙、軌道艙為載人的密封艙。艙體結(jié)構(gòu)的密封性是保證航天員

在飛行任務(wù)期間生命安全的首要因素，是載人航天首先需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之

一。我國在返回式衛(wèi)星密封艙結(jié)構(gòu)設(shè)計方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但神舟飛船軌

道艙、返回艙艙體的密封容器在18m3以上，有200多處密封接口，其密封接口

長度達(dá)70多米。神舟飛船返回艙、軌道艙結(jié)構(gòu)不僅密封環(huán)節(jié)多，而且漏率指標(biāo)

比返回式衛(wèi)星以及聯(lián)盟號飛船要低。

結(jié)構(gòu)密封技術(shù)涉及到密封接口參數(shù)設(shè)計、密封材料選擇、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度

設(shè)計、密封面的加工精度和焊接質(zhì)量的控制等諸多因素。

在飛船研制中，對影響艙體密封的各種因素進(jìn)行了研究，根據(jù)密封實(shí)現(xiàn)的難

易程度對200多處密封環(huán)節(jié)進(jìn)行了漏率指標(biāo)的合理分配，制定了飛船密封艙焊

接技術(shù)規(guī)范和密封接口尺寸、加工精度和密封圈壓縮率等規(guī)范。對徑向密封與

軸向密封設(shè)計了不同的壓縮率。針對返回艙、軌道艙不同部位、不同的使用環(huán)

境，分別采用不同硬度的“0”型圈、矩形圈和“蕾形”密封圈。

3.2.1.密封件

對艙體密封技術(shù)中的核心因素---密封件的材料選擇、高低溫環(huán)境條件下性

能的穩(wěn)定性和在真空環(huán)境下產(chǎn)生的揮發(fā)物等進(jìn)行了系列研究，研制成功了適應(yīng)

載人飛船空間環(huán)境溫度變化的要求，其真空揮發(fā)物、可凝物和無毒性等指標(biāo)滿

足載人航天安全性要求的40多種規(guī)格的密封件。返回艙上最大的密封圈直徑

2.3m,是目前國內(nèi)航天器結(jié)構(gòu)上使用的直徑最大的密封圈，研制中采用了分段

硫化技術(shù)，解決了平板硫化技術(shù)對制造設(shè)備要求高的問題，降低了制造的成本。

3.2.2.密封艙門

軌道艙艙門和返回艙艙門是航天員直接操作的機(jī)構(gòu)，其設(shè)計需考慮人機(jī)

功效特點(diǎn)，能從艙內(nèi)外方便的開關(guān)，并要求開關(guān)力小、開關(guān)時間短，還需承

受地面反復(fù)開啟、關(guān)證的操作。艙門又是艙體的重要密封部位，航天員一旦

進(jìn)入飛船，艙門是最后一道密封環(huán)節(jié)，其密封的好壞直接關(guān)系到航天員的安

全。

艙門采用傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外開關(guān)及艙體間的密封，采用了較高的齒輪傳

動比，使開關(guān)操作力減小。為確保艙門密封可靠，艙門主軸與主軸安裝座之

間設(shè)3道密封圈，研制中解決了門軸轉(zhuǎn)動密封壓縮率與開關(guān)力之間的矛盾。

門體與艙體之間設(shè)雙道“蕾形”密封圈，確保密封可靠。設(shè)有防誤操作的提手

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和鎖定機(jī)構(gòu)，確保航天員操作的安全性。設(shè)計艙門快速檢漏儀，使地面工作

人員和航天員在艙門關(guān)閉后，能在10分鐘之內(nèi)確認(rèn)艙門關(guān)閉后的密封性。

3.2.3.通氣閥

在返回艙返回過程中，多種艙內(nèi)火工裝置點(diǎn)火工作，產(chǎn)生的有害氣體有“向

艙內(nèi)泄漏造成艙內(nèi)空氣污染”的可能性。當(dāng)飛船著陸后，返回艙自身的空氣循環(huán)

系統(tǒng)僅能維持很有限的時間。因此著陸后需要及時向艙內(nèi)補(bǔ)充新鮮空氣，平衡

艙內(nèi)外溫度，同時將艙內(nèi)污濁空氣排到艙外，以保障航天員的舒適和安全。返

回艙通氣閥是實(shí)現(xiàn)返回艙著陸后艙內(nèi)外通風(fēng)換氣，保障航天員安全的重要功能

部件，同時要求其在軌期間保持良好的密封性能，前蘇聯(lián)的“聯(lián)盟-11”飛船曾因

通氣閥過早打開而導(dǎo)致3名航天員喪失。所以通氣閥的設(shè)計至關(guān)重要。

通氣閥安裝在載人飛船返回艙的頂部，在飛船返回前始終處于鎖緊密封狀

態(tài)。返回艙著陸后通氣閥閥蓋打開，向艙內(nèi)補(bǔ)充新鮮空氣，保障航天員生命安

全。因此通氣閥除需要滿足接口要求、可靠性及安全性要求外，還應(yīng)該滿足以

下功能要求：

1）返回艙著陸前，通氣閥能保證良好的密封性能；

2）在振動、沖擊環(huán)境下，保證鎖緊可靠，有效防止意外動作；

3）返回艙著陸后，能夠可靠彈拋閥蓋，打開通氣管道，滿足返回艙通風(fēng)要

求；

4）當(dāng)空氣中混有雨水時。能夠?qū)⒖諝庵械挠晁綦x，有效防止雨水進(jìn)入返

回艙，而造成其它危害。

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通氣閥結(jié)構(gòu)示意圖

通氣閥主要由鎖緊分離裝置、通氣管道、密封裝置和防水裝置等部分組成,

如圖所示。其工作原理是：從飛船發(fā)射到返回艙著陸前，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖住整個分

離裝置，同時，在受到振動、沖擊時，能夠有效防止通氣管意外打開。密封裝

置能保證通氣閥的氣密性。在返回艙著陸后，分離裝置接到點(diǎn)火指令后分離，

將閥蓋拋出，實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)外通風(fēng)換氣。通氣后如果空氣中混有雨水，防水裝置可

以防止雨水直接進(jìn)入返回艙內(nèi)。

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防水設(shè)計示意圖

3.3.再入防熱技術(shù)

再入防熱技術(shù)是載人航天關(guān)鍵技術(shù)，更是神舟一號飛船首要突破的關(guān)鍵技

術(shù)之一。國內(nèi)返回式系列衛(wèi)星在再入防熱領(lǐng)域取得了許多經(jīng)驗(yàn)，但是，返回式

衛(wèi)星與聯(lián)盟飛船一樣，防熱結(jié)構(gòu)采用的是高密度燒蝕材料，防熱結(jié)構(gòu)所占重量

大。神舟飛船對結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)的重量指標(biāo)要求很嚴(yán)，必須新的解決途徑。

另外，返回式衛(wèi)星的回收艙為非密封艙，而神舟飛船返回艙是載人密封艙，要

解決舷窗、發(fā)動機(jī)艙等20多個大小艙蓋的熱密封技術(shù)難題。

載人飛船的返回艙采用鈍頭體加倒錐外形的半升力的再入方式，這樣可以

盡量減小再入過程給返回艙的總加熱量，同時也確保返回段的減速過載在航天

員能承受的范圍之內(nèi)。利用返回艙質(zhì)心向一側(cè)的偏離，使返回艙姿態(tài)按預(yù)定的

配平攻角再入，同時，返回艙上的一個面始終處于迎風(fēng)面。返回艙上的熱流密

度既與所處位置有關(guān)，同時又隨飛行高度而變化。整個返回艙上，再入某一時

刻的氣動加熱的熱流密度各處的加熱差別很大；迎風(fēng)面的鈍頭面上熱流密度最

大，倒錐在飛行的后方，其熱流密度較小，而側(cè)壁上的迎風(fēng)面的熱流密度又比

背風(fēng)面的高許多。在返回艙上的每一個固定位置上，熱流密度乂隨再入的時刻

而變化。用再入過程中氣動加熱最嚴(yán)重時刻防熱層表面各處的輻射平衡溫度可

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以一目了然地表示出返回艙表面各處受熱的差別。按輻射平衡溫度的定義，它

是給定熱流條件下，防熱層表面可能出現(xiàn)的最高溫度。根據(jù)神舟飛船返回舲再

入過程氣動加熱最嚴(yán)重時刻估計，返回艙表面的輻射平衡溫度的分市如下：再

入的迎風(fēng)大底上，最高溫度為2200~2600K；倒錐部分的迎風(fēng)母線上600~1800K；

倒錐的背風(fēng)面大部分在600K以下。

圖1飛船返回艙外形

根據(jù)再入熱環(huán)境選擇合適的防熱形式是防熱設(shè)計的第一步。常用的有三種

防熱形式可供選用，它們是輻射防熱、燒蝕防熱、吸熱式防熱，最后一種形式

早已淘汰，方案選擇時未作考慮。

輻射防熱結(jié)構(gòu)由外蒙皮和金屬結(jié)構(gòu)以及兩者之間的隔熱層組成。外蒙皮需

承受高溫，并以輻射的形式將大部分氣動熱散去，根據(jù)返回艙各處的表面最高

溫度和耐溫材料的目前現(xiàn)實(shí)，返回艙的倒錐部分無疑可以采用輻射防熱結(jié)構(gòu)，

而大底的表面溫度過高，唯一的選擇時燒蝕防熱。在倒錐部分的輻射防熱加大

底部分的燒蝕防熱相結(jié)合的防熱結(jié)構(gòu)，與整個飛船返回艙采用全燒蝕的防熱兩

種方案比較中，最終采用了全燒蝕方案，其原因是：

1）可靠性高

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燒蝕是以消耗材料為代價取得防熱效果的，只要有足夠的材料層，防熱的

功能就不會喪失。而且，一般的燒蝕材料防熱效率隨熱流密度和氣流熠值的提

高而增大，這個特性可以消失設(shè)計的輸入條件（如外熱流和局部干擾熱流）誤差而

引起的隱患，提高系統(tǒng)的可靠性。輻射防熱結(jié)構(gòu)則相反，局部熱環(huán)境的偶然增

大都可使整個系統(tǒng)破壞從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)解體。因此在熱流條件不可能準(zhǔn)確的預(yù)測,

或有可能出現(xiàn)波動時?，不應(yīng)采用輻射防熱結(jié)構(gòu)。

2）結(jié)構(gòu)較簡單

燒蝕防熱結(jié)構(gòu)在史理局部防熱上較為簡單，往往只要在當(dāng)?shù)卦龊穹罒釋踊?/p>

改變燒蝕材料即可，整個防熱層與金屬內(nèi)殼的連接可以采用膠接的方式。輻射

防熱則遠(yuǎn)比燒蝕防熱復(fù)雜：局部防熱往往要采用其他的防熱措施；內(nèi)外兩層蒙

皮要采用耐高溫、有應(yīng)力釋放條件的連接方法。

3）技術(shù)成熟

燒蝕防熱結(jié)構(gòu)在國外所有的載人飛船上都已成功采用，而國內(nèi)則有返回式

衛(wèi)星的成熟技術(shù)，所以采用這種結(jié)構(gòu)國內(nèi)外都有較多可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

4）結(jié)構(gòu)重量輕

國內(nèi)外設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)采用較低密度（p/0.8g/cm3）的燒蝕防熱層后，結(jié)

構(gòu)的重量可以做的比輻射防熱結(jié)構(gòu)更輕。神舟飛船由于發(fā)展了一種更輕

S=0.S6~0.72g/cm3）的燒蝕防熱結(jié)構(gòu)，最后上天的神舟飛船返叵I艙的結(jié)構(gòu)比俄羅

斯聯(lián)盟號飛船返回艙結(jié)構(gòu)單位面積重量輕35%。

為降低飛船結(jié)構(gòu)重量，提出了采用低密度燒蝕材料作為返回艙的防熱結(jié)構(gòu),

這在國內(nèi)沒有先例。經(jīng)過兩年多的攻關(guān)，對十幾種材料進(jìn)行篩選，找到了合適

的低密度防熱材料。在研制過程中，解決了材料匹配、強(qiáng)度和膠接等一系列難

題。將返回艙側(cè)壁防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計成等厚度、變密度的形式，即背風(fēng)面的密度比

迎風(fēng)面還要低，這樣，既保證了返回艙的氣動外形又滿足了不同部位不同熱流

密度的需要，同時使防熱結(jié)構(gòu)的質(zhì)心向迎風(fēng)面偏離，有利于返回艙質(zhì)心向【II象

限偏移的總體要求。在熱流密度最大的防熱大底處，則全部采用迎風(fēng)面材料密

度。在側(cè)壁20多處開口處，采用中等密度的玻璃鋼防熱環(huán)。采用中、低密度結(jié)

合蜂窩增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式，較國外飛船簡單、可靠。返回艙單位面積防熱層質(zhì)量

比聯(lián)盟號輕35%；低密度燒蝕材料密度比國內(nèi)返回系列衛(wèi)星的燒蝕材料平均輕

50%左右。

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根據(jù)燒蝕機(jī)理分析，獲得了提高防熱性能的以下原則：選擇或提高燒蝕材

料性能的原則，具體為：

1）材料熱解溫度低、熱解潛熱大；

2）熱解時的氣化量大，能使這些氣流大量的注入熱邊界層，有效的阻隔外

接高溫氣體對返回艙表面的加熱；

3）材料本身、熱解后的炭層以及熱解后的氣體具有高比熱容，從增大吸熱

效果；

4）材料本身、熱解后的炭層的導(dǎo)熱率低，增加了防熱層的隔熱能力；

5）熱解后炭層表面的輻射率高，也不易被氣流沖刷掉。

3.3.1.燒蝕材料的篩選及設(shè)計

以上原則用以指導(dǎo)燒蝕材料的研制。最后性能的評定則要依靠材料篩選試

驗(yàn)和一維燒蝕計算。神舟飛船防熱所用的材料，是一種經(jīng)過精心設(shè)計、篩選改

進(jìn)而成的橡膠基低密度燒蝕材料。這種材料由基體和填料兩大組分組成：基體

樹脂又由硅橡膠及其配合劑、環(huán)氧樹脂及其配合劑組成；填料由空心酚醛微球、

空心玻璃微球、高硅氧纖維等組成。最后確定的配方約十多種，在這些配方中,

主要組分對性能的影響、主要指標(biāo)的控制、劑量的多少均進(jìn)行了綜合優(yōu)化設(shè)計。

各種填料的主要目的是降低密度提高隔熱性，同時保證燒蝕材料表面的抗氣流

剪切能力。混制成的低密度燒蝕材料要填充到封我鋼蜂窩里，后者主要用來提

高材料自身的強(qiáng)度和抗剪切力。

3.3.2.防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計

防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要條件是：在返回艙的各種設(shè)計再入條件下，艙內(nèi)壁的

最高溫度不超過200℃,有火工品的個別部位，內(nèi)壁的最高溫度不超過80℃。

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圖2燒蝕防熱大底和例壁防熱結(jié)構(gòu)的連接

整個返回艙的防熱結(jié)構(gòu)由兩大部分組成，即燒蝕防熱大底和側(cè)壁防熱結(jié)構(gòu)。

燒蝕防熱大底處在返回艙再入過程的飛行迎風(fēng)面上，其遇到的熱流密度較高，

同時迎風(fēng)面的氣動外壓也主要作用在燒蝕大底上。針對受熱、受力的實(shí)際情況,

燒蝕大底采用雙層殼：外部是p=0.75g/cm3的燒蝕層，專門用以防熱，內(nèi)層是玻

璃鋼蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，主要用以維持外形和承受外壓。上述兩層殼的邊緣是個整

體模壓成型的MD-2材料的拐角換。該拐角環(huán)一方面可將燒蝕大底的防熱層和蜂

窩夾層結(jié)構(gòu)層連成一個整體，同時也是艙間傳力構(gòu)件。突出防熱層的鈦管是兩

艙（返回艙和推進(jìn)艙）連接用的，但是，它的突出部位必須在再入開始就盡快燒去

（以保證局部熱流和溫度不產(chǎn)生巨變），否則會引起周圍很大的干擾熱流。

側(cè)壁防熱結(jié)構(gòu)，就是一層密度變化的燒蝕層，它直接膠接于金屬內(nèi)殼.匕

在迎風(fēng)側(cè)面，由于熱流密度較大，用p=0.72g/cm3的H96燒蝕材料，背風(fēng)側(cè)面用

p=0.56g/cm3的H88燒蝕材料層。由于側(cè)壁上開有22個大小不同的艙口，所以

低密度燒蝕材料層的上下兩端和開口邊緣均加有MDZ（中等密度的玻璃鋼防熱

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環(huán)）材料制成的邊緣防然環(huán)。

應(yīng)特別指出，側(cè)壁與燒蝕大底都是一個非金屬材料、用膠接工藝連接的整

體結(jié)構(gòu)。采用的膠層大多為彈性硅橡膠，可以使整個防熱層有比較協(xié)調(diào)的抗變

形能力（包括受力變形和熱膨脹變形），同時，防熱層與金屬殼不采用機(jī)械連接也

比較容易維持金屬內(nèi)殼的密封性。

舷窗和光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡窗口代表了飛船返回艙上典型開口處的防熱密封結(jié)構(gòu)。

它們既要承受再入時匚千攝氏度的高溫乂要密封和承受艙體在軌飛行時的內(nèi)壓

載荷。在型號研制開始時即對舷窗的熱密封技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，在防熱材料的匹配

性、結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇等方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，在燒蝕計算和內(nèi)部

溫度計算等方面進(jìn)行了深入的研究，最終確定了舷窗的結(jié)構(gòu)方案，即由外層玻

璃實(shí)現(xiàn)防熱，內(nèi)部兩層玻璃承受內(nèi)壓載荷并保證密封。通過全尺寸舷窗的高低

溫交變實(shí)驗(yàn)和再入模擬加熱實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計思想。圖3是舷窗結(jié)構(gòu)的示意圖

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承壓玻璃

防熱玻璃

圖3舷窗結(jié)構(gòu)的示意圖

整體的窗口由三層玻璃構(gòu)成，最外層是高溫防熱玻璃（一般用耐熱性很高的

高硅氧玻璃或石英玻璃），這層玻璃并無密封要求，其功能專門用以防熱，內(nèi)兩

層則用鋼化的承壓玻璃（用熱穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高的化學(xué)強(qiáng)化鋁硅酸鹽玻璃）制成，

完成承壓和密封。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)：

1）防熱玻璃與密封玻璃分開，避免了一處同時要求防熱和密封的難點(diǎn)；

2）內(nèi)兩層玻璃比較易于在中、低溫度下實(shí)現(xiàn)密封；

3）雙層玻璃箔封，保證了密封的冗余設(shè)計，提高了密封的可靠性。

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3.4.艙段連接分離技術(shù)

神舟號飛船組成示意圖

艙段連接分離技術(shù)是神舟飛船首先需要突破的關(guān)鍵技術(shù)之一，艙段連接分

離的成敗直接關(guān)系到整個飛行任務(wù)的成敗。

要保證飛船艙段之間的連接、分離的可靠性，就必須首先保證艙段之間連

接與分離系統(tǒng)方案設(shè)計的正確性，以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性。連接與分離系統(tǒng)方

案是依據(jù)飛船總體給定的輸入條件，如分離體的質(zhì)量特性、分離速度和角速度、

燃?xì)馀欧潘俣鹊葏?shù)，進(jìn)行分析計算而確定的。連接與分離系統(tǒng)方案的確定包

括：提出機(jī)構(gòu)的設(shè)計要求并進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)分配；確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類與性能參

數(shù)；確定系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案等內(nèi)容。它涉及到結(jié)構(gòu)、電源、供配電、熱控、環(huán)控生

保、姿態(tài)控制等分系統(tǒng)，是多個系統(tǒng)協(xié)調(diào)、合作的結(jié)果。艙段連接分離需解決

以下技術(shù)難點(diǎn)：

1）連接機(jī)構(gòu)必須承受艙段之間的巨大載荷，通過連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整船的剛度;

神舟飛船艙段的連接機(jī)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般而言，連接強(qiáng)度安全

系數(shù)不低于2：

2）密封要求

軌道艙與返回艙之間的對接面具有密封要求?？紤]到“0”高度逃逸救生的需

要，對于二者之間的連接機(jī)構(gòu)，要施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力矩以承擔(dān)艙內(nèi)氣體壓力的

作用以及逃逸救生時的載荷，保證氣密性要求；

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3）分離速度與分離姿態(tài)要求

艙段分離時.，其相對分離速度的大小應(yīng)保證被分離出去的對象，不會與留

軌繼續(xù)工作的軌道艙發(fā)生撞擊。分離后返回艙與軌道艙的姿態(tài)（角速度）必須在航

天器姿態(tài)控制系統(tǒng)允許的誤差范圍內(nèi)；

4）分離沖擊環(huán)境要求

分離時結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊，不能破壞結(jié)構(gòu)件以及安裝在艙內(nèi)和艙壁上儀器設(shè)

備的完整性，特別是解鎖、分離時的沖擊和噪音不能損害航天員的健康；

5）解鎖同步性要求高；為了保持分離的同步性和分離后的姿態(tài)穩(wěn)定性，對

于分離推桿組，不僅要求每個推桿的分離速度相同，還要求它們在同一時刻產(chǎn)

生的推力一致，一般來說，分離沖量的誤差應(yīng)在10%以內(nèi)；

6）連接與分離的高可靠性要求

神舟飛船艙段之間連接與分離的成敗，關(guān)系到航天員的生命安全，以及整

個飛行試驗(yàn)的成敗，對它的工作可靠性有更為嚴(yán)格的要求。在系統(tǒng)方案以及執(zhí)

行機(jī)構(gòu)方案設(shè)計時采取了許多行之有效的措施，如所有火工結(jié)構(gòu)采用鈍感型起

爆器、雙起爆器引爆；連接解鎖機(jī)構(gòu)采用了兩套解鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在裝藥量較大

的火工機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置緩沖器，減小火藥爆炸或燃燒時產(chǎn)生的沖擊；安裝在艙壁上

的火工裝置，在結(jié)構(gòu)上留有向艙外排放火藥燃?xì)獾耐ǖ?；在艙壁上設(shè)置聯(lián)通艙

內(nèi)空氣呼吸閥和進(jìn)行艙內(nèi)外空氣循環(huán)的排氣通風(fēng)裝置.，隨時講有害氣體排到艙

外，避免返回艙返回后由于火工品點(diǎn)火產(chǎn)生的有害氣體污染艙內(nèi)環(huán)境。

7）高安全性要求

對于載人飛船所用的火工裝置，其安全性要求包括兩個方面的內(nèi)容：一是

地面操作安全，即在地面進(jìn)行操作時，不允許發(fā)生火工品誤起爆、燃?xì)庑孤?/p>

結(jié)構(gòu)破壞以致飛出碎片等事件，以免造成對地面操作人員的傷害和對儀器設(shè)備

的損壞。二是載人飛行中的安全，不能因?yàn)檫B接失效或分離失效、發(fā)生火工品

誤起爆、燃?xì)鈬?yán)重泄漏、結(jié)構(gòu)破壞等機(jī)械故障威脅航天員的生命和健康以及損

傷航天器。同時，即使在正常工作過程中，火藥爆炸或燃燒產(chǎn)生的氣體不能對

航天器表面和安裝在航天器上的儀器設(shè)備如太陽能電池板、光學(xué)敏感元件和光

學(xué)鏡頭等造成污染，火工裝置工作后產(chǎn)生的有害氣體不能影響航天員的健康；

我國返回式衛(wèi)星的艙段連接分離機(jī)構(gòu)過去通常采用爆炸螺栓實(shí)現(xiàn)。爆炸螺

栓可根據(jù)連接力要求設(shè)計螺栓直徑，根據(jù)分離質(zhì)量的要求設(shè)計裝藥量，隨著連

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接螺栓直徑的增大和火藥的增加，爆炸螺栓工作時產(chǎn)生的沖擊也越大。用爆炸

螺栓實(shí)現(xiàn)連接分離的方式不適用載人飛船高可靠、低沖擊的要求。

在飛船研制期間，借鑒國外載人航天器連接分離設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，對返回艙與軌

道艙之間、返回艙與推進(jìn)艙之間采用火工機(jī)構(gòu)鎖實(shí)現(xiàn)連接，火工機(jī)構(gòu)鎖后用分

離推桿實(shí)現(xiàn)分離，提供所需的分離速度。為了解決連接強(qiáng)度、剛度、密封、防

熱與分離可靠性、同步性之間的矛盾，對各連接分離而的特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的分

析與研究，確定了優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案。

1）返回艙與軌道艙之間的連接與分離

軌道艙的下端匡平面與返回艙上端匡平面對接。為了滿足二者之間的密封

要求，在對接面處設(shè)有一道密封圈；為了保證兩艙之間氣、液工質(zhì)的聯(lián)通，在

對接面處設(shè)有2個氣、液斷接器，一進(jìn)一出形成回路；返回艙與軌道艙之間的

連接機(jī)構(gòu)需承受發(fā)射時、特別是逃逸時巨大載荷，并且需保證對接面的密封。

保證整船連接強(qiáng)度、剛度和密封所需連接機(jī)構(gòu)數(shù)量和保證解鎖可靠性及同步性

所允許數(shù)量之間的矛盾是非常突出的。綜合分析之后，設(shè)置了12個火工機(jī)械鎖

I保證連接強(qiáng)度和密封壓緊力，設(shè)置4個火工分離推桿提供合適的分離速度。

在對接面上設(shè)置電路、氣路和液路快速斷接器，實(shí)現(xiàn)兩艙之間電信號的傳遞和

氣體、液體工質(zhì)的輸送。對接面上的火工機(jī)構(gòu)鎖、火工分離推桿、電、氣、液

路快速斷接器等設(shè)備按對稱原則布置.，以減少分離時對姿態(tài)的干擾c

兩艙即將分離時，電起爆器點(diǎn)火，引爆14路限制性導(dǎo)爆索，其中12路導(dǎo)

爆索引爆鎖I隔板點(diǎn)火器，使火工鎖解鎖，將連接螺栓釋放，接觸兩艙的連接。

為了保證12個火工鎖全部解鎖以后分離推桿才開始工作，在引爆火工鎖I的同

時，歧管I里的另外2路限制性導(dǎo)爆索引爆延時點(diǎn)火滯，延時30ms后引爆歧管

II中的4路限制性導(dǎo)爆索，進(jìn)而引爆隔板點(diǎn)火器，火工分離推桿工作，兩舲分

離。

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火工鎖I連接示意圖

為了提高兩艙連接的可靠性，在對接面上設(shè)置了12件火工鎖實(shí)現(xiàn)連接，其

中每件鎖的承載力高達(dá)80KN。即使1件鎖連接失效，也能保證兩艙的可靠連接

與密封。

為了解決解鎖同步性和分離同步性問題，研制了非電傳爆裝置。實(shí)現(xiàn)12個

火工機(jī)構(gòu)鎖I的起爆和四個火工分離推桿的延時引爆。該裝置能以較高的同步

精度起爆多個點(diǎn)火器，保證了解鎖和分離同步性，能夠有效防止雜散電流、靜

電等影響，提高了安全性。因采用了多路傳爆歧管，降低了對供配電分系統(tǒng)瞬

時供電峰值的要求。在系統(tǒng)設(shè)計上，設(shè)置了2套非電傳爆裝置，大大提高了艙

段解鎖、分離的可靠性。

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非電傳爆袋置組成示意圖

2）返回艙與推進(jìn)艙之間的機(jī)構(gòu)連接與分離

為了保證返回艙的順利返回，返回艙外壁有一層防熱層，因此，在返回艙

上沒有與推進(jìn)艙連接的金屬端框。返回艙與推進(jìn)艙機(jī)械連接面為球形防熱大底

與推進(jìn)艙上平面之間的連接。為了實(shí)現(xiàn)二者的對接，在防熱大底預(yù)埋5個鈦合

金支撐管引出球面，再通過連接解鎖機(jī)構(gòu)與此傳力構(gòu)件相連，并與推進(jìn)艙相連。

返回時在氣動熱的作用，鈦合金支撐管很快被燒掉。與其它金屬相比，鈦管具

有較好的隔熱性，避免了將大量熱量傳給拋底鎖。（艙段間連接強(qiáng)度和剛度所需

此構(gòu)件壁厚與防熱設(shè)計允許的壁厚之間是矛盾的，從防熱設(shè)計角度考慮，此承

力構(gòu)件若不能在返回艙再入初期快速燒掉將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。）

5個火工鎖II將返回艙防熱大底上的5個鈦管與推進(jìn)艙上端框連接起來，提

供艙段間的連接剛度，并實(shí)現(xiàn)兩艙之間的解鎖。為提高連接面的剛度，在防熱

底外表面與推進(jìn)艙上端框之間，增加了一個輔助支撐套筒。安裝在推進(jìn)艙上端

框的5個彈簧分離推桿實(shí)現(xiàn)兩艙的分離，使兩艙的相對分離速度達(dá)到

另外，分離機(jī)構(gòu)設(shè)計必須考慮返回艙質(zhì)心偏離中心線較遠(yuǎn)的要求。綜合考

慮上述各種因素與矛盾，采用在防熱大底上預(yù)埋五個鈦管與火工機(jī)構(gòu)鎖n相連,

火工機(jī)構(gòu)鎖n與推進(jìn)艙上端框相連以實(shí)現(xiàn)連接與解鎖。采用彈簧分離推桿實(shí)現(xiàn)

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艙段分離。通過控制每個推桿分離力的大小，保證艙段能平穩(wěn)分離，使由于艙

段質(zhì)心偏離引起的干擾角速度在控制指標(biāo)以內(nèi)。

火工鎖II連接示意圖

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分離彈簧分布圖

彈簧分離推桿安裝示意圖

3）返回艙與推進(jìn)艙之間電、氣、液路連接與分離

從防熱設(shè)計角度考慮，要避免在熱流密度最大的防熱大底上開孔。為實(shí)現(xiàn)

返回艙與推進(jìn)艙之間的電信號、氣體和液體介質(zhì)的連接與分離，在返回艙舲體

的側(cè)壁設(shè)置專門的分離密封板組件。分離密封板組件由內(nèi)板、外板及擺桿機(jī)構(gòu)

組成。內(nèi)板上安裝電路、氣路、液路斷接器的密封部分，外板上安裝各斷接器

的可分離部分，兩板之間用一個火工機(jī)構(gòu)鎖實(shí)現(xiàn)連接與解鎖，由彈簧和火工鎖

共同提供外板的分離力。擺桿機(jī)構(gòu)一端與密封板外板連接，另一端安裝在推進(jìn)

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艙側(cè)壁，電纜和氣液管路捆綁在擺桿機(jī)構(gòu)上，火工機(jī)構(gòu)鎖點(diǎn)火的同時彈簧動作,

在額定時間內(nèi)，內(nèi)外板在擺桿機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)下完成與內(nèi)板的分離，在返回艙與推

進(jìn)艙機(jī)構(gòu)分離之前切斷兩艙間電氣液路的連接。分離密封板組件在設(shè)計時除需

要保證連接分離可靠性之外，還需要考慮再入防熱和密封問題以及擺桿機(jī)構(gòu)反

彈（采用集單向運(yùn)動、反向自鎖和阻尼于一身的擺動導(dǎo)桿鎖止機(jī)構(gòu)，保證了分離

板不論在正常飛行還是在逃逸救生情況下均能成功分離）的問題。分離板與固定

板對后，通過火工鎖III實(shí)現(xiàn)連接，同時電、氣、液路接通。分離時火工鎖111點(diǎn)

火解鎖，在火工鎖HI和彈簧分離推桿的作用下，分離板和固定板分離。在擺動

導(dǎo)桿鎖止機(jī)構(gòu)的引導(dǎo)、緩沖下，被鎖定在某一位置。為了提高連接的可靠性，

火工鎖的連接力是彈簧分離推桿推力的3倍，保證連接可靠。

為了提高分離的可靠性，只在固定板的中心使用了1個火工鎖，只要該火工

鎖解鎖，處于壓縮狀態(tài)的彈簧分離推桿就能自動實(shí)現(xiàn)兩板的分離。

對接面III方案示意圖

4）防熱大底的連接分離

通過拋底鎖實(shí)現(xiàn)防熱大底與返回艙下端匡的連接。每個拋底鎖承載力都在

80KN以上，保證了連接的可靠性。

在防熱大底的連接與分離設(shè)計中，由于受空間位置的限制，不能像返回艙

與軌道艙，返回艙與推進(jìn)艙之間一樣，分別設(shè)置連接解鎖機(jī)構(gòu)和分離機(jī)構(gòu)，而

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是設(shè)計了集連接、解鎖、分離于一體的拋底火工鎖。拋底火工鎖與返回艙的主

傳力桁條、防熱大底鈦管、火工鎖1【設(shè)置在同一軸線上，保證了傳力路線的連

續(xù)性，確保了整船的連接強(qiáng)度與剛度。拋底火工鎖的另一個特點(diǎn)是直接安裝在

返回艙艙壁上，必須保證艙體密封并且工作時產(chǎn)生的燃?xì)獠荒苄孤┑椒祷嘏搩?nèi)。

彈拋防熱大底時返回艙呈傾斜狀態(tài)，每個拋底火工鎖承受的配合阻力大小、方

向各不相同，對保證同步、可靠分離帶來了困難。通過對縱向和橫向尺寸鏈的

分析，合理的設(shè)置了定位面和定位銷，確定了適合的配合間隙，因而確保了對

接的同軸度和對象限線偏扭的限制，保證了分離的可靠性。

分離時，拋底鎖通電點(diǎn)火，火藥產(chǎn)生的燃?xì)鉁?zhǔn)動拋底火工鎖的解鎖桿移動,

將連接鎖塊釋放，實(shí)現(xiàn)防熱大底與側(cè)壁下端匡的解鎖。拋底火工鎖內(nèi)活塞繼續(xù)

移動，活塞將連接桿組件連同防熱大底一起以大于O.lm/s的速度分離出去。

批庾鎖與分離彈簧分布圖

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防熱大底拋出后返回艙的狀態(tài)

5）機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計與試驗(yàn)

如前所述，艙段間連接分離的可靠性要求非常高，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在

系統(tǒng)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、試驗(yàn)方法研究、產(chǎn)品質(zhì)量左制等方面摸索了一整套方法。

首先，通過分析系統(tǒng)的可靠性分析和故障樹分析，找出了影響分系統(tǒng)可靠

性指標(biāo)的關(guān)鍵產(chǎn)品。艙段對接面上各種火工機(jī)構(gòu)鎖和火工分離推桿，必須同步

可靠工作，任何一個失效均會導(dǎo)致艙段分離失效。對這些關(guān)鍵的火工機(jī)構(gòu)，設(shè)

計上采用雙路起爆器和雙火工機(jī)構(gòu)，相對單起爆器和單火工機(jī)構(gòu)而言，其解鎖

可靠度提高了4倍。

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火工鉞冗余設(shè)計示惠圖

火工領(lǐng)I解鎖冗余設(shè)計示意圖

為了保證連接裝置在解鎖時各零部件之間運(yùn)動靈活可靠，通過潤滑措施來

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減小摩擦系數(shù)。對于一般的相對運(yùn)動，普通的潤滑膜就可以滿足要求，但對于

神舟飛船上鎖類連接件的受力面，其面積一般都比較小，局部接觸應(yīng)力比較大,

摩擦力也很大，因而潤滑有特殊的要求。通過對潤滑膜材料、干膜厚度、機(jī)體

材料的處理和滑動面間隙的選擇、潤滑膜與金屬機(jī)體粘連的牢固程度的研究，

采取了相應(yīng)的措施，保證了機(jī)構(gòu)的靈活運(yùn)動、工作可靠。

在橫向載荷的作用下，對接而有開縫的趨勢，為了保證不產(chǎn)生縫隙，必須

對連接件施加足夠的預(yù)緊力。預(yù)緊力與安裝力矩的關(guān)系涉及到各種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

形式、艙體法蘭結(jié)構(gòu)剛度與精度、表面狀態(tài)、潤滑方式、材料性能等各個方面,

目前沒有成熟、準(zhǔn)確的計算方法。針對神舟飛船各連接分離面的特點(diǎn)，通過實(shí)

驗(yàn)手段確定了各種連接機(jī)構(gòu)的安裝力矩，保證連接可靠。

為了驗(yàn)證艙段連接分離設(shè)計的可靠性，必須進(jìn)行大量的可靠性試驗(yàn)。對各

種連接分離機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行了全面的分析，研究出一套適合我國國情的各種機(jī)構(gòu)

產(chǎn)品可靠性加嚴(yán)試驗(yàn)方法和評估方法，發(fā)展了航天器機(jī)構(gòu)可靠性分析與試驗(yàn)技

術(shù)。

6）機(jī)構(gòu)安全性設(shè)計

安全性問題是神舟載人飛船需要著重考慮的問題，在連接分離機(jī)構(gòu)研制中,

采取了一系列確保載人安全性的技術(shù)手段。各種連接分離機(jī)構(gòu)為低沖擊火工機(jī)

構(gòu)，設(shè)計上只用微量的起爆藥和少量的主裝藥-在火工鎖.I的擺桿等機(jī)構(gòu)的設(shè)

計中，設(shè)置了專門的緩沖元件進(jìn)一步降低沖擊載荷，保證傳遞到航天員座椅上

沖擊響應(yīng)低于安全容許限。各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動部件采用全封閉設(shè)計，確保工作時

不會產(chǎn)生碎片。火工裝置采用了對雜散電流、靜電不敏感的鈍感型起爆器，確

保安全性。

在艙段連接分離機(jī)構(gòu)設(shè)計中，遇到的另一個安全性設(shè)計難題是如何確保火

工機(jī)構(gòu)工作時產(chǎn)生的有害氣體不泄漏到艙內(nèi)。常規(guī)的設(shè)計是采取嚴(yán)格的密封措

施，使火工機(jī)構(gòu)工作后有害燃?xì)饷芊庠跈C(jī)構(gòu)內(nèi)腔內(nèi)。為此，專門研制了相應(yīng)的

密封型起爆器、對各種密封環(huán)境采取了優(yōu)化設(shè)計，這些措施對燃?xì)夤ぷ鲏毫^

低的火工機(jī)構(gòu)是可行的、安全的。但是對于尺寸小、容腔小的產(chǎn)品，火工口點(diǎn)

火后產(chǎn)生的燃?xì)鈮毫芨撸Ｒ?guī)的密封措施難以保證密封絕對可靠，為此，研

究了一種新的設(shè)計思路，采用內(nèi)部密封、外部排泄的方式，將安裝在返回艙艙

壁上火工裝置工作后產(chǎn)生的有害氣體排到艙外，確保艙內(nèi)一端的密封性，此種

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設(shè)計思想應(yīng)用在拋底鎖上取得了顯著的效果。

3.5.著陸緩沖技術(shù)

載人飛船依靠緩沖發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)航天員的軟著陸。如何保證即使緩沖發(fā)動機(jī)

工作不正常，航天員也能安全著陸，這是載人航天特有的技術(shù)難題。我搞無論

是理論分析還是試驗(yàn)驗(yàn)證方法都沒有可借鑒的技術(shù)。面對這一難題，進(jìn)行了大

量探索性的研究工作。

神舟飛船的著陸緩沖系統(tǒng)由結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)的密封大底、座椅緩沖器、

座椅與束縛裝置以及航天員系統(tǒng)的賦形墊組成。座椅緩沖器安裝在密封底的大

梁上，座椅緩沖器支撐著座椅頭部和航天員。著陸前座椅緩沖器接到指令，電

起爆器點(diǎn)火，引燃燃?xì)獍l(fā)生器，高壓燃?xì)鈱⒆翁嵘揭欢ǜ叨?，著陸時沖擊

載荷通過大底的塑形變形降低到一定程度，傳遞到座椅緩沖器，座椅緩沖器向

下運(yùn)動，內(nèi)部的緩沖元件工作，吸收縱向能量，賦形墊實(shí)現(xiàn)橫向緩沖，保證航

天員的安全。

1）密封大底

密封大底為緩沖吸能額第一個環(huán)節(jié)。通過結(jié)構(gòu)塑形變形吸能的結(jié)構(gòu)形式通

常為夾層結(jié)構(gòu)，綜合比較了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)與金屬夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用了工藝

性較好的金屬夾層結(jié)構(gòu)方案，此種方案的另一優(yōu)點(diǎn)是可以在夾層中方便地設(shè)置

總體所需的配重。由于受設(shè)備安裝要求的影響，密封大底在著陸沖擊時的變形

空間有限，為了更有效降低大梁上的沖擊響應(yīng)，通過分析比較，在內(nèi)蒙皮與大

梁之間，采用了高空隙率吸能泡沫鋁新材料，使座椅緩沖器底部的輸入大大降

低。

2）座椅緩沖器

座椅緩沖器是著陸緩沖系統(tǒng)中的關(guān)鍵產(chǎn)品。座椅緩沖器的設(shè)計需要考慮強(qiáng)

度、提升與鎖定、緩沖、密封等各環(huán)節(jié)。為了避免提升過程中沖擊過大，采用

了壓力燃?xì)獍夹g(shù)使座椅緩沖器在著陸前緩慢提升到位，并設(shè)置鎖定機(jī)構(gòu)鎖定。

設(shè)有7道橡膠密封圈和2道金屬密封圈保證密封。緩沖吸能部件是座椅緩沖器

的核心部件。對兩種緩沖吸能原理進(jìn)行了深入的研究。一種是利用金屬切削吸

收沖擊能量，另一種是利用金屬塑形變形和摩擦來吸收能量。按這兩種原理分

別制作了拉刀式座椅緩沖器和脹環(huán)式庫椅緩沖器，通過大量的對比試驗(yàn)與分析,

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發(fā)現(xiàn)脹環(huán)式座椅緩沖器緩沖性能穩(wěn)定，對加工、裝配精度要求不高，并且對橫

向沖擊不敏感，緩沖力具有很好的可設(shè)計性，可以根據(jù)需要的緩沖力調(diào)整緩沖

元件參數(shù)，從而得到滿意的緩沖效果。

3）試驗(yàn)驗(yàn)證

著陸緩沖技術(shù)涉及到?jīng)_擊動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)和人體生物力學(xué)等各個領(lǐng)域。

在研制過程中，通過對座椅緩沖否的單元試驗(yàn)、人椅系統(tǒng)聯(lián)合試驗(yàn)、整艙驗(yàn)證

試驗(yàn)，建立了我國自己的著陸緩沖研究體系和研究方法。通過這些試驗(yàn)，確定

了脹環(huán)式座椅緩沖系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，驗(yàn)證了在各種隨機(jī)著陸狀態(tài)下著陸緩沖系

統(tǒng)的性能。地面試驗(yàn)表明，主傘開傘、緩沖發(fā)動機(jī)、平均地面風(fēng)速的情況下，

航天員受到的沖擊載荷能滿足醫(yī)學(xué)要求。

4.環(huán)境控制與生命保障

1968年中國航天員科研訓(xùn)練中心開始進(jìn)行“曙光”號飛船環(huán)控生保系統(tǒng)的預(yù)

先研究，開展了環(huán)控生保系統(tǒng)的總體研究，進(jìn)行了環(huán)控生保供氣調(diào)壓、通風(fēng)凈

化、溫濕控制、特種航天傳感器等關(guān)鍵設(shè)備的研究，并對這些技術(shù)進(jìn)行了一定

程度的整合，進(jìn)行了系統(tǒng)水平的地面試驗(yàn)。

在預(yù)先研究的基礎(chǔ)上，環(huán)控生保系統(tǒng)于20世紀(jì)80年代和90年代初利用衛(wèi)

星進(jìn)行了一些局部技術(shù)的飛行試驗(yàn)研究和飛行驗(yàn)證，其中包括返回式1型衛(wèi)星

（FSW-1）密閉艙壓力控制系統(tǒng)和生物搭載試驗(yàn)艙等。FSW-1衛(wèi)星密閉壓力控制系

統(tǒng)從1981年開始研制，經(jīng)過了模樣、初樣、正樣研制階段，1987年9月第一次

成功應(yīng)用于FSW-1衛(wèi)星的飛行試驗(yàn)任務(wù)中，這是環(huán)控生保技術(shù)第一次在我國航

天器上得到局部實(shí)際飛行試驗(yàn)驗(yàn)證。該系統(tǒng)后來又多次成功的參加了衛(wèi)星飛行

試驗(yàn)。

20世紀(jì)80年代后期，中心著手在FSW-1衛(wèi)星上進(jìn)行生物搭載實(shí)驗(yàn)研究，

環(huán)控生保系統(tǒng)自行研制了CBS-1生物搭載艙系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個用于動物（小白

鼠）空間飛行試驗(yàn)的功能完整的小型環(huán)控生保系統(tǒng)。1990年10月5日，CBS-1

生物搭載艙隨FSW-1衛(wèi)星在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。1990年10月13

日，經(jīng)過8天的軌道飛行后衛(wèi)星安全返回地面。根據(jù)衛(wèi)星在軌飛行測試數(shù)據(jù)和

衛(wèi)星返回地面后對生物艙的分解表明，生物艙在飛行過程中艙內(nèi)大氣壓力、艙

溫艙濕、二氧化碳濃度等參數(shù)均符合設(shè)計指標(biāo)要求。

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環(huán)控生保系統(tǒng)的預(yù)先研究和局部技術(shù)衛(wèi)星飛行試驗(yàn)為日后我國載人飛船環(huán)

控生保系統(tǒng)的研制打

下了一個良好的基礎(chǔ)。

4.1.神舟飛船環(huán)控生保技術(shù)

1992年我國啟動載人航天工程，環(huán)控生保技術(shù)進(jìn)入工程研制階段。環(huán)控生

保系統(tǒng)雖經(jīng)過預(yù)研和局部的衛(wèi)星飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，但作為一個系統(tǒng)，它是神舟飛

船系統(tǒng)中最新的系統(tǒng)之一，也是我國載人航天需要突破的多項關(guān)鍵技術(shù)之一。

根據(jù)飛船總體的要求，環(huán)控生保系統(tǒng)的主要功能是：

1）確保返回艙和軌道艙內(nèi)具有合適的大氣總壓和氧分壓；

2）排除航天員代謝產(chǎn)生的二氧化碳，控制密羽艙內(nèi)有害氣體的濃度；

3）控制艙內(nèi)氣體的溫度、濕度，提供必要的通風(fēng)環(huán)境；

4）在壓力應(yīng)急情況下，給航天服連續(xù)供氧，保證航天員穿著航天服安全返

回地面；

5）具有煙火檢測能力，并具備相應(yīng)的滅火設(shè)施；

6）為航天員提供微重力環(huán)境下的飲水、就餐、大小便等生活設(shè)施。神舟飛

船環(huán)控生保技術(shù)與我國以往的衛(wèi)星技術(shù)和地面相關(guān)技術(shù)相比有幾方面的特點(diǎn)：

1）環(huán)控生保系統(tǒng)是以控制密封艙內(nèi)的大氣環(huán)境為主，這個技術(shù)在衛(wèi)星技術(shù)

上從未使用過；

2）許多地面上很成熟的事情到天上微重力環(huán)境下會變得很復(fù)雜，尤其是人

們在地面已經(jīng)習(xí)以為常的生活方式，像吃飯、喝水、大小便等日常生活在太空

微重力環(huán)境下變得很麻煩；

3）環(huán)控生保系統(tǒng)是保障航天員在外層空間的生命和生活的技術(shù)，因此，必

然要涉及醫(yī)學(xué)和人機(jī)工效問題。以下對這些技術(shù)特點(diǎn)作重點(diǎn)介紹。座艙大氣壓

力控制技術(shù)座艙壓力控制系統(tǒng)主要由氣源、氣路管閥件及執(zhí)行部分組成。系統(tǒng)

具有以下幾個特點(diǎn)：

1）座艙總壓壓力制度設(shè)計選擇與地面大氣壓力一致的壓力制度，這一設(shè)計

與目前國際上的載人航天器是一致的；

2）設(shè)計采用的高壓氧系統(tǒng)涉及到高壓設(shè)計和氧安全；

3）座艙大氣壓力控制系統(tǒng)是航天員的保命系統(tǒng)，因此系統(tǒng)設(shè)計要求有很高

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的可靠性，包括單機(jī)產(chǎn)品的高可靠性和系統(tǒng)的可靠性;

4）系統(tǒng)設(shè)計時必須符合醫(yī)學(xué)要求和工效學(xué)要求，包括大氣增壓速率和減壓

速率必須符合醫(yī)學(xué)指標(biāo)要求，涉及航天員操作的手動部件設(shè)計需要考慮工效學(xué)

要求；5）飛船在返回前要對軌道艙進(jìn)行泄壓，以確保返回艙與軌道艙的安全分

離。

環(huán)控生保系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮了這一功能的可靠性和安全性，而且保證了

泄壓過程中不對飛船的飛行姿態(tài)造成干擾影響。

通過神舟1-4號無人飛行試驗(yàn)的驗(yàn)證，神舟5和6號兩次載人飛行任務(wù)的

考核，表明環(huán)控生保系統(tǒng)的大氣壓力控制技術(shù)從系統(tǒng)設(shè)計到產(chǎn)品設(shè)計形成了自

主研制的體系，為我國載人航天后續(xù)任務(wù)中對不同載人密閉座艙的大氣壓力控

制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。座艙大氣凈化技術(shù)

載人艙內(nèi)由人體代謝產(chǎn)生的二氧化碳和其他氣體以及座艙內(nèi)由材料或設(shè)備

產(chǎn)生的有害氣體需要凈化。凈化系統(tǒng)技術(shù)在我國航天器上首次研制和應(yīng)用，其

技術(shù)特點(diǎn)有：

1）采用的凈化劑有很高的凈化效率，研制的氫氧化鋰凈化效率達(dá)80%以上;

2）裝填易碎的氫黛化鋰顆粒化學(xué)材料的凈化罐產(chǎn)品滿足航天力學(xué)環(huán)境要求

是以往航天產(chǎn)品所未遇到過的；

町飛船密閉艙內(nèi)大氣的有害氣體的產(chǎn)生是多方面的因素，要根據(jù)密封艙內(nèi)

可能出現(xiàn)的有害氣體，采取相應(yīng)的凈化措施，神舟4號返回艙返回后在艙內(nèi)測

出氣體中一氧化碳濃度超標(biāo)，為了確保神舟-5號首次載人飛行的安全，環(huán)控生

保系統(tǒng)專門研制了用活性炭浸漬珀把貴金屬催化劑的一氧化碳凈化罐；

4）凈化罐設(shè)計時充分考慮了防止氫氧化鋰粉塵的析出，結(jié)構(gòu)上有多層過濾

層，因此，凈化罐在凈化有害氣體的同時，對密封艙內(nèi)的空氣塵埃也起到清潔

過濾作用；

5）航天員大小便時產(chǎn)生氨氣、硫化氫等異味氣體進(jìn)行凈化處理。

環(huán)控生保系統(tǒng)的大氣凈化系統(tǒng)經(jīng)過神舟5號和6號的飛行考驗(yàn)，表明設(shè)備

運(yùn)行安全可靠。楊利偉、費(fèi)俊龍、聶海勝3名航天員返回地面后都反應(yīng)艙內(nèi)空

氣飛船清新適宜。環(huán)控生保系統(tǒng)的氣體系統(tǒng)技術(shù)是載人航天器技術(shù)中一項非常

特殊又非常重要的技術(shù)，神舟飛船這項技術(shù)的突破為后續(xù)任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。座

艙大氣溫濕度控制技術(shù)

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由于航天器的熱管理和熱控制技術(shù)關(guān)系到航天器的安全可靠性問題，所以

一直是航天器系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。衛(wèi)星平臺大部分是非密封結(jié)構(gòu)，熱控制技

術(shù)以被動式溫控技術(shù)為主。載人航天器座艙內(nèi)空氣的溫度控制就需要以強(qiáng)迫對

流換熱為主的主動式溫控技術(shù)，即液體回路式主動溫控技術(shù)。環(huán)控生保系統(tǒng)的

溫濕度控制回路（內(nèi)回路）采用乙二醇水溶液為流體回路工質(zhì)，飛船熱控系統(tǒng)外回

路采用全氟三乙胺溶液為工質(zhì)。內(nèi)外回路通過中間熱交換器耦合形成一個完整

的流體式主動溫控系統(tǒng)。外回路中的輻射器是整個流體回路的主冷源。內(nèi)回路

的設(shè)備分兩類，一類是控制流體流動的設(shè)備，另一類是熱交換設(shè)備。其中冷凝

干燥換熱器上的風(fēng)機(jī)將艙內(nèi)的空氣強(qiáng)迫流過換熱表面，對空氣進(jìn)行降溫。同時

空氣中的水蒸氣冷凝成液態(tài)水。這種降溫除濕原理的流體回路熱控制技術(shù)在我

國航天器上首次應(yīng)用。

溫濕度控制技術(shù)的另一大特點(diǎn)是微重力環(huán)境下的冷凝水收集和水氣分離技

術(shù)。冷凝干燥換熱器表面之間裝填了高吸水性能的聚乙烯醇索甲醛毛細(xì)材料，

當(dāng)水蒸氣在冷凝器表面凝結(jié)成液態(tài)水時被毛細(xì)吸水材料捕獲，在此實(shí)現(xiàn)第一次

氣水分離。當(dāng)吸水材料吸附水量達(dá)到一定量時，通過抽吸泵將吸水材料中的冷

凝水向冷凝水儲箱輸送。這一過程抽吸的水中往往帶有氣體，利用在冷凝水儲

箱中裝填吸水材料，而儲箱的頂端安裝了一塊透氣不透水材料，抽入儲箱的水

氣混合液中的水被吸水材料吸附，分離出的氣體透過透氣不透水材料進(jìn)入座艙,

從而實(shí)現(xiàn)第二次水氣分離。

環(huán)控生保系統(tǒng)在飛船座艙大氣溫濕度控制中是一個重要的實(shí)施環(huán)節(jié)，但艙

內(nèi)大氣的溫濕度控制主要還取決于整個飛船的熱平衡狀態(tài)。因此，環(huán)控生保系

統(tǒng)所承擔(dān)的空氣溫濕度控制還必須與飛船總體、熱控和結(jié)構(gòu)多個系統(tǒng)密切配合。

座艙空氣通風(fēng)技術(shù)

環(huán)控生保系統(tǒng)在對座艙內(nèi)空氣的五大參數(shù)進(jìn)行控制的時候離不開強(qiáng)迫通

風(fēng)。在微重力環(huán)境下，艙內(nèi)的空氣假如不進(jìn)行通風(fēng)的話，人呼出的二氧化碳會

在人的口鼻區(qū)造成局部的濃度積累，影響到航天員的安全。另外，為了滿足儀

器設(shè)備散熱的需要，設(shè)備周圍也要一定的通風(fēng)環(huán)境。通風(fēng)主要靠風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

在飛船座艙總體布局設(shè)計時應(yīng)精心布局各類風(fēng)機(jī)的安裝位置，使整艙形成一定

的風(fēng)場。在載人航天任務(wù)中，對噪聲的控制也是一項特殊的要求。而在座艙內(nèi)

風(fēng)機(jī)的噪音是主要的噪音源，囚此，風(fēng)機(jī)設(shè)計必須考慮噪音控制問題。通風(fēng)系

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統(tǒng)中的特種風(fēng)機(jī)設(shè)計是環(huán)控生保系統(tǒng)技術(shù)中的一項重要的單機(jī)設(shè)備設(shè)計技術(shù)。

航天風(fēng)機(jī)在航天器其他系統(tǒng)中基本不用，而在地面其他領(lǐng)域里的小型風(fēng)機(jī)無法

適應(yīng)航天的特殊需要。中心自主研制了多種離心式小型風(fēng)機(jī)和軸流式小型風(fēng)機(jī),

研發(fā)了無刷直流微特電機(jī)。從設(shè)計方法到工藝制造行程了自主的載人航天特種

風(fēng)機(jī)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為今后載人航天器的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

4.2.飛船應(yīng)急狀態(tài)下的環(huán)控生保技術(shù)

環(huán)控生保系統(tǒng)在考慮飛船應(yīng)急狀態(tài)下的生命保障主要針對3種應(yīng)急狀況：

密封艙壓力應(yīng)急飛船密封艙壓力應(yīng)急是對航天員生命安全威脅最大的故障之

一，因此必須要有航天服作為飛船密封艙的安全備份。中國航天科研訓(xùn)練中心

研制的艙內(nèi)壓力服是祖舟飛船的主要個人救生防護(hù)設(shè)備。環(huán)控生保系統(tǒng)有專門

保證艙內(nèi)航天服供氧的系統(tǒng)，航天員在飛行中一些特定的時段，為了安全起見,

在正常的艙壓環(huán)境下也需要穿航天服，這時需要給航天服通風(fēng)，因此，環(huán)控生

保系統(tǒng)的航天服循環(huán)子系統(tǒng)就有這兩方面的功能，我國在神舟5號首次載人飛

行任務(wù)中為了確保航天員的安全，楊利偉在整個任務(wù)期間都是身著航天服，并

保持服裝內(nèi)通風(fēng)。座艙火災(zāi)應(yīng)急飛船座艙出現(xiàn)火災(zāi)也是對航天員造成生命安全

威脅的一個重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計問題，因此，飛船的防火滅火設(shè)計是非常重要的一個

方面。載人航天器的滅火安全設(shè)計技術(shù)是一項很復(fù)雜的技術(shù)，飛船總體從系統(tǒng)

角度建立必需的防火安全設(shè)計原則和規(guī)范，環(huán)控生保系統(tǒng)提供一定的煙火火情

探測設(shè)備和一定的滅火設(shè)備，系統(tǒng)還配置了個人呼吸面罩，以備急需時保證航

天員的生命安全。飛船著陸后的應(yīng)急狀態(tài)

飛船返回艙著陸后的