艙門快速檢漏儀
——載人航天器的“門神”

董義鵬，孫晉川，周明，馬動(dòng)濤，雷志廣，崔致和，曹 軍

（蘭州空間技術(shù)物理研究所，蘭州 730000）

中國(guó)空間站是中國(guó)載人航天三步走戰(zhàn)略的第三步，這個(gè)階段中國(guó)將掌握近地軌道空間組裝、近地軌道長(zhǎng)時(shí)間有人駐留等技術(shù)?？臻g站由節(jié)點(diǎn)艙將核心艙和兩個(gè)空間實(shí)驗(yàn)艙（即“夢(mèng)天”“問(wèn)天”）聯(lián)結(jié)形成T字型結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)艙還提供一個(gè)對(duì)接口與神舟載人飛船對(duì)接，核心艙另一端有一個(gè)對(duì)接口與天舟貨運(yùn)飛船對(duì)接，形成更大的“＋”構(gòu)型。這些艙都是加壓艙，航天員在空間站工作和生活時(shí)，維持艙內(nèi)正常生活所需的氣壓對(duì)于航天員的生命安全至關(guān)重要。在空間站建造過(guò)程及15年的運(yùn)營(yíng)期間，會(huì)有多艘載人飛船和貨運(yùn)飛船與其對(duì)接，一批又一批的航天員將在軌開(kāi)展長(zhǎng)期的科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作。航天員在空間站工作和生活時(shí)，要經(jīng)常往返于各個(gè)艙段間，穿艙、出艙活動(dòng)中打開(kāi)和關(guān)閉艙門有可能改變艙門的密封狀態(tài)，飛船和艙段的對(duì)接和分離也有可能破壞界面的密封，給航天員的生命安全造成隱患。如何準(zhǔn)確而快速地檢測(cè)出艙門的密封情況成為一項(xiàng)非常重要的工作。

國(guó)外早期的載人航天器通常采用在整艙布置一定數(shù)量的壓力傳感器，通過(guò)監(jiān)測(cè)艙壓變化的方式來(lái)判斷整艙的密封情況。這種方法耗時(shí)較長(zhǎng)、精度較差，一旦出現(xiàn)密封不良的情況，必須打開(kāi)艙門，恢復(fù)正常后再重新關(guān)閉，因此浪費(fèi)大量的氣體。這對(duì)于時(shí)間按秒計(jì)、質(zhì)量按克計(jì)的載人航天任務(wù)來(lái)說(shuō)，不是最好的方法。因此迫切須要改進(jìn)檢測(cè)手段，在保證準(zhǔn)確性的同時(shí)縮短檢測(cè)時(shí)間。蘭州空間技術(shù)物理研究所研制的艙門快速檢漏儀正是在這一背景下研發(fā)的機(jī)電一體化設(shè)備，能夠?qū)ε撻T和對(duì)接框密封面進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的漏率檢測(cè)，具有國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)品照片如圖1所示。從載人飛船、貨運(yùn)飛船到“天宮”實(shí)驗(yàn)室，再到空間站各個(gè)艙段（“天和”“夢(mèng)天”“問(wèn)天”），艙門快速檢漏儀已成為載人航天飛行器的系列化“標(biāo)配”設(shè)備，為航天員在軌工作和生活提供堅(jiān)實(shí)的安全保障，稱得上是載人航天器的“門神”。

圖1 空間站艙門快速檢漏儀實(shí)物圖

為確保密封可靠，我國(guó)的飛船艙門和對(duì)接通道密封面上都裝有雙道密封圈，艙門關(guān)閉后雙道密封圈與門框之間會(huì)形成一個(gè)環(huán)形的小腔體，艙門快速檢漏儀巧妙利用了這種特有結(jié)構(gòu)，向環(huán)形小腔內(nèi)充入一定量的高壓檢測(cè)氣體，通過(guò)監(jiān)測(cè)小腔體內(nèi)壓力的變化，計(jì)算出密封腔體漏率來(lái)判斷艙門的密封情況。如果漏率超過(guò)設(shè)定的閾值，表明艙門的漏率超標(biāo)，泄漏較大，艙門快速檢漏儀會(huì)立刻通過(guò)面板顯示并同時(shí)向數(shù)管系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息。艙門快速檢漏儀如同衛(wèi)士一樣提醒航天員“艙門沒(méi)有關(guān)好，存在危險(xiǎn)，暫時(shí)不能入住?！焙教靻T根據(jù)提示，按照處理預(yù)案對(duì)艙門進(jìn)行清潔處理并重新關(guān)閉，再次檢漏合格后，才能放心入住艙內(nèi)。

艙門快速檢漏儀內(nèi)部采用高精度壓力傳感器，通過(guò)自主研發(fā)的信號(hào)采集技術(shù)和漏率算法，可以準(zhǔn)確計(jì)算艙門密封腔體內(nèi)壓力的變化量，在2 min內(nèi)快速給出嚴(yán)重泄漏的結(jié)果，在8 min內(nèi)快速給出準(zhǔn)確的漏率檢測(cè)結(jié)果，而整艙艙壓檢漏法需要30 min以上的時(shí)間才能給出判斷結(jié)論。

2021年4月29日，中國(guó)空間站“天和”核心艙發(fā)射升空，準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。在加電測(cè)試中所有的艙門快速檢漏儀工作正常，艙門漏率合格，狀態(tài)良好。后續(xù)隨著空間站“問(wèn)天”艙和“夢(mèng)天”艙與核心艙組裝完成后，將有多臺(tái)艙門快速檢漏儀各自“駐守”在載人航天器上，為航天員提供艙門密封狀態(tài)信息，確保航天員工作和生活環(huán)境安全。

關(guān)鍵詞：載人航天器；艙門快速檢漏儀；漏率

Key words：manned spacecraft；rapid leak detector for cabin door；leakage rate

中圖分類號(hào)：V441文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1006-7086（2021）03-0304-01

DOI：10.3969/j.issn.1006-7086.2021.03.18