《空间实验室风险识别与控制技术及应用》

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天宫一号空间实验室是中国首个长期在轨运行、航天员中短期驻留和实施组合体控制管理的载人航天飞行器,主要任务是作为交会对接目标,分别与神舟八号、神舟九号和神舟十号共3艘载人飞船进行交会对接并对形成的组合体进行控制,形成航天员在轨工作和生活、综合对地观测、空间科学实验、航天医学实验和空间站技术试验的平台,为中国建立长期载人空间站进行技术验证。首次开展的交会对接、航天员长期驻留环境控制、高压供电体制等设计内容,带来了风险识别和控制的难题。

该项目以提高载人航天器安全性、可靠性为目标,提出了以飞行事件为主轴,以静态功能、动态事件相结合的二维风险识别方法,全面识别了天宫一号的风险。并建立了以固有可靠性设计为基础、以过程控制为保障、以地面覆盖性试验为检测手段、以自主安全模式实现风险在轨阻断、以航天员安全撤离为底线的全过程、全系统、全要素、全寿命周期的风险管控体制,有效地阻断和降低了航天器的风险。所提出的方法保障了空间实验室任务的圆满成功,可靠度指标达0.8(置信度0.7)、安全性指标高于0.997、航天员出现危险的概率低于10-4,成功将天宫一号在轨寿命提高了2年5个月,提高率121%,达到国际领先水平。

该项目发明了低轨冷稠等离子体环境下的放电电流抑制方法,仅为国际空间站采取的主动电位控制系统重量的10%,同样解决了空间不等位带电飞行器安全对接难题,实现了交会对接任务可靠度达0.997;发明了真空密闭环境下的温湿度控制方法,实现了±1℃可调,优于国际空间站的±1.5℃;发明了噪声抑制和有害气体控制方法,稳态噪声小于57.6dB(A),优于国际空间站58~60dB(A)。系统解决了航天员驻留环境控制难题,实现了航天员中期驻留可靠度达0.972。以最小代价提高了系统固有可靠性,降低了系统风险。

该项目取得专利7项,形成技术标准13项,发表论文20篇,应用于载人航天领域,确保了天宫一号,天宫二号空间实验室任务的圆满完成,取得了研究成果。其中:航天器在轨延寿技术、动态飞行事件保证链的风险识别方法,已完成了在轨验证;面向在轨失重、航天器狭小环境、舱外环境、人服系统能力等约束提出的地面试验方法,在载人航天器中得到了广泛应用,并取得了巨大的经济效益。

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