氣閘艙概論

1、氣閘艙概論氣閘艙概論氣閘艙是航天員太空行走時(shí)進(jìn)出太空的“門戶”。氣閘艙的英文是Airlock，直譯是氣閘。氣鎖或氣塞，是供航天員進(jìn)入太空或由太空返回用的氣密性裝置。它是指居于兩個(gè)大氣壓力不同的空間之間的一個(gè)艙室，艙室兩邊裝有兩扇不透氣的門，目的是防止兩個(gè)空間之間的氣體交流。1氣閘艙的作用氣閘艙的作用從載人飛船上進(jìn)行太空行走一般都不需要?dú)忾l艙，雖然蘇聯(lián)的“上升2號(hào)”飛船上有氣閘艙，但蘇聯(lián)和美國(guó)的其他飛船上并沒(méi)有氣閘艙。不過(guò)從航天飛機(jī)和空間

2、站上進(jìn)行太空行走必須有氣閘艙。為什么載人飛船上可以沒(méi)有氣閘艙，而航天飛機(jī)和空間站上必須有氣閘艙呢？這是因?yàn)檩d人飛船座艙內(nèi)航天員的活動(dòng)空間比較小，其中雙子星座飛船僅有2.55立方米，阿波羅飛船為6.17立方米。在太空行走時(shí)，打開艙門，座艙減壓到零，讓航天員出艙，當(dāng)航天員完成太空行走回來(lái)后，再關(guān)上艙門，重新給座艙加壓，不會(huì)浪費(fèi)太多的氧氣。而且每次飛行中航天員從飛船上進(jìn)行太空行走的次數(shù)也不多，因此完全可以不用氣閘艙。但從空間站上進(jìn)行太空行走則

3、不同，空間站內(nèi)航天員的活動(dòng)空間一般都是比較大，如天空實(shí)驗(yàn)室為361立方米，國(guó)際空間站為908立方米?？臻g站上如果沒(méi)有氣閘艙，在航天員太空行走時(shí)要將艙內(nèi)的空氣全部放空，當(dāng)航天員回來(lái)后又要重新加壓，將會(huì)造成極大的氣體浪費(fèi)。何況航天員在空間站上一般要進(jìn)行多次太空行走，因此從空間站上進(jìn)行太空行走，必須要有氣閘艙。航天飛機(jī)乘員艙內(nèi)的空間也比較大，因此也需要設(shè)氣閘艙。2氣閘艙結(jié)構(gòu)與原理氣閘艙結(jié)構(gòu)與原理要進(jìn)行太空行走首先要使用的一個(gè)重要設(shè)備是氣閘艙，

4、它是航天員出艙活動(dòng)的門戶，有兩個(gè)作用：一是在打開艙門時(shí)防止艙內(nèi)的氣體泄露，二是在航天員出艙前對(duì)大氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣閘艙有兩個(gè)氣閘門，一個(gè)與密封座艙連接，稱內(nèi)閘門；另一個(gè)是可通向太空的外閘門。閘門的啟閉可用電動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可手動(dòng)。氣閘艙內(nèi)設(shè)有閘門控制臺(tái)。開啟閘門前的給氣排氣裝置。通信和照明設(shè)備，以及航天員出艙活動(dòng)穿的航天服。閘門的啟閉必須十分小心和熟練，避免漏氣危險(xiǎn)。航天員出艙進(jìn)入太空活動(dòng)前，在座艙內(nèi)穿好航天服，走出內(nèi)閘門后關(guān)閉內(nèi)閘門，把氣閘

5、艙內(nèi)空氣抽入座艙內(nèi)，當(dāng)氣閘艙內(nèi)和外界空間的壓力相等時(shí)才能打開外閘門進(jìn)入太空。航天員返回氣閘艙時(shí)按相反的順序操作：關(guān)閉外閘門，把座艙內(nèi)的空氣泵入氣閘艙，待兩者壓力相等時(shí)，打開內(nèi)閘門，航天員就可進(jìn)入座艙內(nèi)。外閘門的氣密性絕對(duì)可靠是氣閘艙工作的基本條件，閘門的啟閉須十分小心和熟練，避免漏氣很重要，否則極危險(xiǎn)。蘇聯(lián)“上升”2號(hào)載人飛船首先應(yīng)用了氣閘艙，航天員Α.Α.列昂諾夫利用它走出艙外，進(jìn)入太空。由于美俄艙外航天服存在差異，所以從俄羅斯艙段出

6、艙必須穿俄制航天服，從美國(guó)航天飛機(jī)出艙要穿美制航天服。不過(guò)，從采用特殊設(shè)計(jì)的國(guó)際空間站“探索號(hào)”氣閘艙出艙，穿美俄兩種艙外航天服皆行?？臻g站內(nèi)的大氣壓力為1個(gè)大氣壓，即101.4千帕，而美制艙外航天服內(nèi)的壓力是29.6千帕，如果航天員在艙內(nèi)穿上航天服，從高壓環(huán)境很快轉(zhuǎn)為低壓環(huán)境，就會(huì)患減壓病。如果在氣閘艙內(nèi)，高低壓環(huán)境之間有一個(gè)過(guò)度，再加上預(yù)吸氧，就可以預(yù)防減壓病的發(fā)生。3氣閘艙的設(shè)計(jì)要求氣閘艙的設(shè)計(jì)要求氣閘艙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是艙門，因此對(duì)氣

7、閘艙的設(shè)計(jì)要求重點(diǎn)是對(duì)艙門的設(shè)計(jì)要求。以下是美國(guó)航宇局對(duì)航天飛機(jī)和“國(guó)際空間站”氣閘艙設(shè)計(jì)提出的一般設(shè)計(jì)要求和對(duì)艙門的設(shè)計(jì)要求。對(duì)氣閘艙的一般設(shè)計(jì)要求：(1)氣閘艙內(nèi)的容積應(yīng)滿足航天員完成各種出艙活動(dòng)任務(wù)的需要；(2)氣閘艙能給出艙活動(dòng)航天服的生命保障系統(tǒng)補(bǔ)充消耗品；提供維修。保養(yǎng)和測(cè)試航天服的設(shè)備；同時(shí)還有存放航天服的空間和設(shè)施；(3)氣閘艙應(yīng)提供航天員工作或穿行的扶手和腳限制裝置；(4)氣閘艙內(nèi)的所有設(shè)備都能容許穿著航天服的航天員操

8、作和使用。對(duì)氣閘艙艙門的設(shè)計(jì)要求：5和平號(hào)上的氣閘艙和平號(hào)上的氣閘艙和平號(hào)空間站上的氣閘艙位于“量子2”艙內(nèi)?！傲孔?”艙重19600千克，直徑4.35米，長(zhǎng)13.7米，內(nèi)部可供使用的容積為61.3立方米。艙內(nèi)又分成3個(gè)艙：氣閘艙。中央科學(xué)儀器艙?；A(chǔ)服務(wù)與貨艙。氣閘艙在“量子2”艙向外的一端，內(nèi)有一個(gè)直徑為1米的艙口，能夠容許穿著出艙活動(dòng)航天服和載人機(jī)動(dòng)裝置的航天員通過(guò)。中央科學(xué)儀器艙也有艙門，可以密封和減壓，因而可以作為備用氣閘艙或

9、氣閘艙的擴(kuò)大部分。除了供出艙活動(dòng)外，氣閘艙內(nèi)還是存放載人機(jī)動(dòng)裝置和航天服的“倉(cāng)庫(kù)”?！傲孔?”艙1989年才加到和平號(hào)空間站上。在這之前航天員是通過(guò)僅有0.8米直徑的對(duì)接艙口出艙。6天空實(shí)驗(yàn)室氣閘艙天空實(shí)驗(yàn)室氣閘艙在天空實(shí)驗(yàn)室上美國(guó)航宇局首次安裝有氣閘艙。不過(guò)天空實(shí)驗(yàn)室的氣閘艙是一個(gè)“多用途”氣閘艙，該艙有3個(gè)用途：其一是作為航天員太空行走的一個(gè)門戶；其二是放置天空實(shí)驗(yàn)室的一些系統(tǒng)及其控制裝置，在艙內(nèi)除了氣閘外還有天空實(shí)驗(yàn)室的通信系統(tǒng)、

10、數(shù)據(jù)中心、電力供應(yīng)系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、故障警報(bào)系統(tǒng)及其控制裝置；其三是作為天空實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)結(jié)構(gòu)件，將軌道工場(chǎng)與可重復(fù)使用的對(duì)接裝置連接起來(lái)。氣閘艙呈圓筒形，長(zhǎng)5.4米，基本直徑3.1米，最大直徑6.55米，重225千克，艙內(nèi)航天員活動(dòng)空間為17.66立方米。氣閘艙主要由兩個(gè)同軸的大圓筒組成，在發(fā)射時(shí)為了與軌道工場(chǎng)的大直徑相匹配，外圓筒的外邊還有一個(gè)有效載荷防護(hù)罩。外圓筒也是阿波羅望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的支持結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)“專用底座”，復(fù)雜的阿波羅望

11、遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)有一部分就架設(shè)在外圓筒上。內(nèi)圓筒才是真正的氣閘艙，同時(shí)又是連接軌道工場(chǎng)與多重對(duì)接裝置的一個(gè)通道。通道兩端分別有一個(gè)艙門，當(dāng)氣閘艙減壓時(shí)可以關(guān)閉上。此外在氣閘艙的艙壁上還有一個(gè)艙門，航天員通過(guò)此艙門進(jìn)行太空行走。在太空行走時(shí)，先將兩端的艙門關(guān)閉上，氣閘艙減壓，側(cè)艙門打開，航天員出艙；航天員完成太空行走任務(wù)后返回時(shí)，關(guān)閉側(cè)艙門，氣閘艙加壓，兩端的艙門又重新打開，航天員回到軌道工場(chǎng)。在外圓筒和內(nèi)圓筒之間的連接支架上放置著12個(gè)高壓氣瓶

12、，其中6個(gè)氧氣瓶和6個(gè)氮?dú)馄?，用于向軌道工?chǎng)內(nèi)提供大氣。7航天飛機(jī)氣閘艙航天飛機(jī)氣閘艙美國(guó)航天飛機(jī)的氣閘艙是比較標(biāo)準(zhǔn)的氣閘艙：第一、它為航天員出艙活動(dòng)專用；第二、它代表著氣閘艙的現(xiàn)代設(shè)計(jì)水平；第三、它的功能比較完善。航天飛機(jī)氣閘艙位于航天飛機(jī)乘員艙的中層甲板艙里面，內(nèi)部直徑1.58米，長(zhǎng)2米，內(nèi)部容積4.2立方米，能同時(shí)容納兩名穿著航天服的航天員。它的前后有兩個(gè)壓力密封的艙門，內(nèi)艙門與中層甲板艙相通，其作用是將氣閘艙與航天飛機(jī)軌道器的乘

13、員艙分隔開，在航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)保證乘員艙內(nèi)不會(huì)發(fā)生減壓；外艙門與航天飛機(jī)的貨艙相通，其作用是將氣閘艙與貨艙隔開，通過(guò)此艙門航天員即可進(jìn)入貨艙。艙門呈D字形，直徑為1米，具有以下特點(diǎn)：艙門的兩邊都能鎖上和打開；使用壽命達(dá)2000次；身穿航天服的航天員用一只手就能打開和關(guān)閉；在前后方向上能耐受20g的沖擊力；壓差在1.38千帕?xí)r仍能打開艙門；開關(guān)的手柄最大能承受132.3N的力。航天飛機(jī)氣閘艙主要用于航天員出艙活動(dòng)時(shí)的減壓和重新加壓，維