艙門平衡閥為“天和”配備金鑰匙

周 明，崔致和，馬動(dòng)濤，董義鵬，孫晉川，曹 軍，康昌璽

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，蘭州 730000）

中國空間站的目標(biāo)是在低軌自主建設(shè)常駐的大型空間站。中國空間站由“天和”核心艙、“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙、“問天”實(shí)驗(yàn)艙、“神舟”載人飛船及“天舟”貨運(yùn)飛船五個(gè)模塊在軌交會(huì)對(duì)接組成?？臻g站建設(shè)以及在軌15年運(yùn)營階段將由多批次飛船實(shí)施人員輪換和貨物上下行。每一次在軌交會(huì)對(duì)接過程中都需要在對(duì)接通道和兩個(gè)密封艙之間建立壓力平衡，航天員出艙活動(dòng)前后也需要在氣閘艙的艙門兩側(cè)建立壓力平衡，這時(shí)航天員必須通過打開艙門平衡閥平衡兩側(cè)壓差（壓差＜0.5 kPa）才能順利打開艙門。另一方面，航天員關(guān)閉艙門平衡閥之后，艙門平衡閥必須一次性達(dá)到穩(wěn)定可靠的密封狀態(tài)?？梢?，艙門平衡閥（如圖1所示）是艙門系統(tǒng)的重要部件之一，是航天員生命安全及空間站在軌運(yùn)營期間對(duì)接、航天員穿艙及出艙活動(dòng)的可靠保障設(shè)備。

圖1 艙門平衡閥實(shí)物圖

空間站用艙門平衡閥分別安裝在核心艙、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ、Ⅱ的艙門上，根據(jù)安裝位置的不同，有兩種使用工況，一種是門內(nèi)、門外兩側(cè)均為艙內(nèi)環(huán)境；另一種是一側(cè)為艙內(nèi)環(huán)境，一側(cè)為艙外暴露環(huán)境（來訪航天器未對(duì)接時(shí)），如圖2所示。

圖2 艙門平衡閥安裝狀態(tài)

為了解決艙門平衡閥可靠密封、長壽命、雙向承壓、在軌不同容積及壓差下平衡時(shí)間計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)，研制團(tuán)隊(duì)開展了技術(shù)攻關(guān)，解決了彈性元件蠕變、橡膠密封材料的濕熱老化等難題，滿足空間環(huán)境下的長壽命要求；實(shí)現(xiàn)了既能夠滿足航天員操作力的要求，又能夠滿足反向承壓的要求；設(shè)計(jì)搭建了閥門流導(dǎo)系數(shù)測(cè)試設(shè)備，通過測(cè)試艙門平衡閥流量特性參數(shù)，在地面等效模擬飛行工況，為飛行器在軌對(duì)接時(shí)平衡兩艙壓差（42種工況）提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。研制的艙門平衡閥在關(guān)閉狀態(tài)下正向漏率不低于2.0×10-6Pa·m3/s，反向漏率不低于2.0×10-5Pa·m3/s，開啟力不大于100 N，在軌壽命不小于18年，開關(guān)壽命不小于1 000次。

艙門平衡閥的應(yīng)用為空間站各個(gè)艙門的順利開啟提供了可靠的條件保障，屬國內(nèi)首創(chuàng)。其設(shè)計(jì)滿足人機(jī)工效學(xué)要求，在失重狀態(tài)下方便航天員操作、結(jié)構(gòu)新穎、體積小、質(zhì)量輕、操作靈活、省力。

2021年4月29日，核心艙發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。整器在軌檢測(cè)漏率指標(biāo)合格表明，艙門平衡閥技術(shù)狀態(tài)良好，有力地保障了艙門在軌可靠密封。未來15年，艙門平衡閥將為空間站在軌運(yùn)營、航天員穿艙及出艙活動(dòng)提供保障，確保艙門順利開啟和可靠密封。

關(guān)鍵詞：艙門平衡閥；壓力平衡；漏率；平衡時(shí)間

Key words：hatch balance valve；pressure balance；leakage rate；balance time

中圖分類號(hào)：V441文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1006-7086（2021）03-0305-01

DOI：10.3969/j.issn.1006-7086.2021.03.19