真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法。航天器密封舱湿度控制系统包括：除湿分系统，用于对航天器密封舱除湿；恒定湿度注入分系统，用于对所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体；温湿度和压力测量分系统，用于测量所述航天器密封舱的实际湿度和实际压力；控制分系统，用于基于所述航天器密封舱的实际湿度和所述恒定湿度注入分系统中分流法湿度发生器设置的目标湿度，控制所述恒定湿度注入分系统注入所述航天器密封舱内气体的湿度。本发明的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法通过对恒定湿度注入分系统注入密封舱内的气体湿度进行调控，确保密封舱内压力达到要求范围时，舱内湿度满足真空热试验工况的要求。
【专利说明】真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种航天器密封舱环境试验【技术领域】，具体涉及一种真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]带有密封舱段的航天器，进行真空热试验时，由于要模拟空间飞行状态下的换热状态，需要对密封舱内压力进行调节与控制。完成密封舱内压力控制的同时，发现舱内压力到达200Pa左右以后，几乎很难再降低，这主要是舱内水分含量过大所导致，这些水分一方面是由于航天员进舱训练过程带入的水蒸汽，另一方面是由于舱内设备安装、调试过程中操作人员带入的水蒸汽，这些舱内水分具有以下特性:
[0003]a)水分子大部分靠范德瓦尔斯力吸附在材料以及设备的表面，与气体的液化有类似之处，被吸附的表面分子结构变动不大，因此被吸附的水分子和吸附表面的化学性质都保持不变，属于物理吸附；
[0004]b)密封舱内的空气湿度比较大，相对湿度可能达到90%以上。
[0005]为保证密封舱内对水分含量敏感的各电子仪器设备处于正常的工作状态，确保热试验进行过程的各项测试顺利完成，热试验前需要对密封舱进行除水，热试验过程中需要对密封舱内的含水量进行控制，后续即将开展的型号真空热试验，总体热控更是首次对密封舱内气体试验过程中湿度的控制提出了具体的要求，即密封舱除水结束后，要求充入恒定露点的洁净空气。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于提供一种真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法，以确保航天器密封舱真空热试验过程的各项测试顺利完成。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供了一种真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统。该航天器密封舱湿度控制系统包括:除湿分系统，用于对航天器密封舱除湿；恒定湿度注入分系统，用于对所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体；温湿度和压力测量分系统，用于测量所述航天器密封舱的实际湿度和实际压力；及分别与除湿分系统、恒定湿度注入分系统、温湿度和压力测量分系统连接的控制分系统，其用于基于所述航天器密封舱的实际湿度和所述恒定湿度注入分系统中设置的所述航天器密封舱的目标湿度，控制所述恒定湿度注入分系统注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
[0008]本发明还提供了一种利用湿度控制系统进行真空热试验用航天器密封舱湿度控制方法。该航天器密封舱湿度控制方法包括以下步骤:步骤一:对航天器密封舱除湿；步骤二:对所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体；步骤三:基于所述航天器密封舱的实际湿度和所述湿度控制系统中设置的所述航天器密封舱的目标湿度，控制注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
[0009]本发明提供的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统及控制方法通过除湿分系统将航天器密封舱内湿度，即水分压降低至10Pa (此时舱内露点温度应低于-20°C )，通过恒定湿度注入分系统向密封舱内注入恒定湿度的气体，温湿度和压力测量分系统实时监测航天器密封舱内压力、湿度变化情况，控制分系统根据航天器密封舱内压力、湿度反馈情况，对恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内的气体湿度进行调控，最终保证航天器密封舱内压力达到要求范围时，舱内湿度满足真空热试验工况的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。
[0011]图1是本发明航天器密封舱湿度控制系统示意图。
[0012]图2是本发明航天器密封舱湿度控制系统中温湿度和压力测量分系统的结构示意图。
[0013]图3是本发明航天器密封舱湿度控制系统中除湿分系统的结构示意图。
[0014]图4是本发明航天器密封舱湿度控制系统中恒定湿度注入分系统的结构示意图。
[0015]图5是本发明航天器密封舱湿度控制方法流程图。
[0016]图中I为控制分系统，2为真空计，3.1为穿容器电连接器，3.2为穿舱电连接器，
3.3为穿辅助容器电连接器，4.1为压力测量通讯线缆，4.2为温湿度测量通讯线缆，5为温湿度传感器，6为航天器密封舱，7为辅助容器，8为真空规，9.1为空间环境模拟器内管道，
9.2为空间环境模拟器外共用管道，9.3为除湿分系统管道，9.4为恒定湿度注入分系统管道,9.5为连接管道,10为恒定湿度注入分系统,11.1为除湿分系统阀门，11.2为恒定湿度注入分系统阀门，12为真空泵组，13为分流法湿度发生器，14为干燥气体发生器，20为温湿度和压力测量分系统，30为除湿分系统，40为监控计算机，50为控制站。
【具体实施方式】
[0017]下面对本发明的【具体实施方式】作详细说明:本发明的【具体实施方式】在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0018]图1所示为本发明的航天器密封舱湿度控制系统示意图。本发明的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统包括温湿度和压力测量分系统20(如图2所示)、除湿分系统30(如图3所示)、恒定湿度注入分系统10(如图4所示)以及控制分系统I。控制分系统I主要包括监控计算机40、控制站50、通讯线缆等，监控计算机40将用户的各种操作经由通讯线缆通过串口通讯通知控制站50并接收控制站50返回的各种参数，控制站50分别与除湿分系统30、恒定湿度注入分系统10以及温湿度和压力测量分系统20电连接。
[0019]控制分系统I中的控制站包括PLC控制器、串口服务器、扩展模块和继电器。PLC控制器通过串口接收执行监控计算机发出的各种指令；并通过扩展模块中的模拟量输入模块采集温湿度传感器信号，将采集的实际温度、湿度进行转换处理，同时上传给监控计算机40 ;通过串口服务器采集温湿度和压力测量分系统中真空计2显示的压力数值，同时上传给监控计算机40 ;通过扩展模块中的数字量输出模块、数字量输入模块以及继电器分别进行除湿分系统30中真空泵组12、除湿分系统阀门11.1的开关控制以及恒定湿度注入分系统阀门11.2的开关控制；通过运行PID算法，将温湿度和压力测量分系统20提供的实时数据与恒定湿度注入分系统10中分流法湿度发生器13设置的航天器密封舱的目标值(例如，航天器密封舱的目标湿度)进行比较，实时调节注入航天器密封舱内气体的湿度。当航天器密封舱的实际湿度小于航天器密封舱的目标湿度时，则增大恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度；当航天器密封舱的实际湿度大于航天器密封舱的目标湿度时，则减小恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度；当航天器密封舱的实际湿度等于航天器密封舱的目标湿度时，则使恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度保持不变；当航天器密封舱的实际压力和实际湿度满足真空热试验的要求，则恒定湿度注入分系统10停止向航天器密封舱注入恒定湿度的气体。
[0020]图2所示为本发明航天器密封舱湿度控制系统中温湿度和压力测量分系统20的结构示意图，其中，该温湿度和压力测量分系统20用于测量航天器密封舱的实际温度、实际湿度和实际压力。温湿度和压力测量分系统20包括真空计2、穿容器电连接器3.1、穿舱电连接器3.2、穿辅助容器电连接器3.3、压力测量通讯线缆4.1、温湿度测量通讯线缆4.2、真空规8、温湿度传感器5、辅助容器7。真空规8、温湿度传感器5位于辅助容器7内，辅助容器7设置在航天器密封舱6内，其内部始终保持I个大气压和常温的状态。用于测量航天器密封舱的实际压力的真空规8通过压力测量通讯线缆4.1、穿辅助容器电连接器3.3、穿舱电连接器3.2、穿容器电连接器3.1与真空计2连接，真空计2通过通讯线缆与控制分系统I连接；用于测量航天器密封舱的实际温度与湿度的温湿度传感器5通过温湿度测量通讯线缆4.2、穿辅助容器电连接器3.3、穿舱电连接器3.2、穿容器电连接器3.1与控制分系统I连接。
[0021]图3所示为本发明的航天器密封舱湿度控制系统中除湿分系统30的结构示意图，其中，除湿分系统30用于对航天器密封舱除湿。除湿分系统30包括真空泵组12、除湿分系统阀门11.1、除湿分系统管道9.3。真空泵组12通过除湿分系统管道9.3、空间环境模拟器外共用管道9.2、空间环境模拟器内管道9.1与航天器密封舱6连接，在除湿分系统管道9.3上设有除湿分系统阀门11.1，以控制对航天器密封舱除湿。空间环境模拟器内管道
9.1缠绕加热带后包裹多层隔热组件，该隔热组件的层数为10层时，隔热效果非常好。
[0022]图4所示为本发明的航天器密封舱湿度控制系统中恒定湿度注入分系统10的结构示意图，其中，恒定湿度注入分系统10用于对航天器密封舱注入恒定湿度的气体。该恒定湿度注入分系统10包括干燥气体发生器14、分流法湿度发生器13、连接管道9.5、恒定湿度注入分系统管道9.4、恒定湿度注入分系统阀门11.2。分流法湿度发生器13通过恒定湿度注入分系统管道9.4、空间环境模拟器外共用管道9.2、空间环境模拟器内管道9.1与航天器密封舱6连接，在恒定湿度注入分系统管道9.4上设有恒定湿度注入分系统阀门11.2，以控制恒定湿度注入分系统中恒定湿度气体的输出。干燥气体发生器14通过连接管道9.5与分流法湿度发生器13连接。
[0023]图5所示为本发明的真空热试验用航天器密封舱湿度控制方法流程图。本领域技术人员可以理解的是，虽然图5中公开了具体的步骤，但是这些步骤仅作为示例用于说明，也就是说，本发明实施例的真空热试验用航天器密封舱湿度控制方法还可以执行多个其它的步骤或执行图5中步骤的变换步骤。具体地，本发明实施例包括如下步骤:
[0024]在步骤101中，对航天器密封舱除湿；具体地，
[0025]第一步，打开除湿分系统阀门11.1，同时确认恒定湿度注入分系统阀门11.2处于关闭状态；
[0026]第二步，启动真空泵组12，采用降压的方式对航天器密封舱除湿；
[0027]第三步，测量航天器密封舱内的湿度变化，当航天器密封舱的实际湿度，即水分压优于10Pa时，停止除湿。
[0028]在步骤102中，对航天器密封舱注入恒定湿度的气体；具体地，
[0029]第一步，打开恒定湿度注入分系统阀门11.2，同时确认除湿分系统阀门11.1处于关闭状态；
[0030]第二步，在湿度控制系统的恒定湿度注入分系统10的分流法湿度发生器13中设置航天器密封舱的目标湿度，启动恒定湿度注入分系统10，向航天器密封舱内输入恒定湿度的气体。
[0031]在步骤103中，基于航天器密封舱的实际湿度和分流法湿度发生器13中设置的航天器密封舱目标湿度控制注入航天器密封舱内气体的湿度，从而调节航天器密封舱内的湿度；具体地，
[0032]第一步，实时测量航天器密封舱的实际湿度和实际压力；
[0033]第二步，将航天器密封舱的实际湿度与分流法湿度发生器13中设置的航天器密封舱目标湿度进行比较，以实时调节恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度。
[0034]当航天器密封舱的实际湿度小于航天器密封舱的目标湿度时，则增大恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度；当航天器密封舱的实际湿度大于航天器密封舱的目标湿度时，则减小恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度；当航天器密封舱的实际湿度等于航天器密封舱的目标湿度时，则使恒定湿度注入分系统10注入航天器密封舱内气体的湿度保持不变；当航天器密封舱的实际压力和实际湿度满足真空热试验的要求，则关闭恒定湿度注入分系统阀门11.2，以停止向航天器密封舱注入恒定湿度的气体。
[0035]尽管上文对本专利的【具体实施方式】给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述航天器密封舱湿度控制系统包括: 除湿分系统，用于对航天器密封舱除湿； 恒定湿度注入分系统，用于对所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体； 温湿度和压力测量分系统，用于测量所述航天器密封舱的实际湿度和实际压力； 控制分系统，分别与所述除湿分系统、所述恒定湿度注入分系统及所述温湿度和压力测量分系统连接，所述控制分系统用于基于所述航天器密封舱的实际湿度和所述恒定湿度注入分系统中设置的所述航天器密封舱的目标湿度，控制所述恒定湿度注入分系统注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
2.如权利要求1所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述除湿分系统和所述恒定湿度注入分系统通过空间环境模拟器外共用管道和空间环境模拟器内管道与所述航天器密封舱连接，其中，所述空间环境模拟器内管道缠绕加热带后包裹多层隔热组件。
3.如权利要求2所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述除湿分系统包括真空泵组、除湿分系统阀门、除湿分系统管道，其中，真空泵组通过所述除湿分系统管道、所述空间环境模拟器外共用管道和所述空间环境模拟器内管道与所述航天器密封舱连接，在所述除湿分系统管道上设置所述除湿分系统阀门，以控制对航天器密封舱除湿。
4.如权利要求2所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述恒定湿度注入分系统包括干燥气体发生器、分流法湿度发生器、连接管道、恒定湿度注入分系统阀门及恒定湿度注入分系统管道，其中，所述分流法湿度发生器通过所述连接管道与所述干燥气体发生器连接，所述分流法湿度发生器还通过所述恒定湿度注入分系统管道、所述空间环境模拟器外共用管道和所述空间环境模拟器内管道与所述航天器密封舱连接，在所述恒定湿度注入分系统管道上设有恒定湿度注入分系统阀门，以控制恒定湿度注入分系统中恒定湿度气体的输出。
5.如权利要求1所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述温湿度和压力测量分系统包括: 真空规，用于测量所述航天器密封舱的实际压力； 温湿度传感器，用于测量所述航天器密封舱的实际湿度和温度； 其中，所述真空规和所述温湿度传感器位于辅助容器内，所述辅助容器设置在所述航天器密封舱内，其内部始终保持I个大气压和常温的状态； 所述真空规通过压力测量通讯线缆、穿辅助容器电连接器、穿舱电连接器、穿容器电连接器与真空计连接，所述真空计通过通讯线缆与所述控制分系统连接； 所述温湿度传感器通过温湿度测量通讯线缆、穿辅助容器电连接器、穿舱电连接器、穿容器电连接器与控制分系统连接。
6.如权利要求1所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述控制分系统主要包括监控装置、控制站、通讯线缆，所述监控装置将用户的各种操作经由所述通讯线缆通过串口通讯通知所述控制站并接收所述控制站返回的各种参数，所述控制站分别与所述除湿分系统、所述恒定湿度注入分系统以及所述温湿度和压力测量分系统电连接。
7.如权利要求6所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，所述控制站包括PLC控制器、串口服务器、扩展模块和继电器，其中，PLC控制器，用于通过串口接收执行所述监控装置发出的各种指令；并通过所述扩展模块中的模拟量输入模块采集温湿度传感器信号，将采集的实际温度、湿度进行转换处理，同时上传给所述监控装置；通过所述串口服务器采集所述温湿度和压力测量分系统中真空计显示的压力数值，同时上传给所述监控装置；通过扩展模块中的数字量输出模块、数字量输入模块以及所述继电器分别进行除湿分系统中真空泵组、除湿分系统阀门的开关控制以及恒定湿度注入分系统阀门的开关控制；通过运行PID算法，将所述温湿度和压力测量分系统提供的所述航天器密封舱的实际湿度与所述恒定湿度注入分系统中分流法湿度发生器设置的所述航天器密封舱的目标湿度进行比较，以实时调节注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
8.如权利要求7所述的真空热试验用航天器密封舱湿度控制系统，其特征在于，当所述航天器密封舱的实际湿度小于所述航天器密封舱的目标湿度时，则增大所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度； 当所述航天器密封舱的实际湿度大于所述航天器密封舱的目标湿度时，则减小所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度； 当所述航天器密封舱的实际湿度等于所述航天器密封舱的目标湿度时，则使所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度保持不变； 当所述航天器密封舱 的实际压力和实际湿度满足真空热试验的要求，则所述恒定湿度注入分系统停止向所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体。
9.一种利用湿度控制系统进行真空热试验用航天器密封舱湿度控制方法，其特征在于，所述航天器密封舱湿度控制方法包括以下步骤: 步骤一:对航天器密封舱除湿； 步骤二:对所述航天器密封舱注入恒定湿度的气体； 步骤三:基于所述航天器密封舱的实际湿度和所述湿度控制系统中设置的所述航天器密封舱的目标湿度，控制注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
10.如权利要求9所述的航天器密封舱湿度控制方法，其特征在于， 步骤一包括以下步骤: a.打开除湿分系统阀门，同时确认恒定湿度注入分系统阀门处于关闭状态； b.启动真空泵组，采用降压的方式对密封舱除湿； c，测量所述航天器密封舱内的湿度变化，当所述航天器密封舱的实际湿度，即密封舱内水分压降低至10Pa时，停止除湿； 步骤二包括以下步骤: a.打开所述恒定湿度注入分系统阀门，同时确认所述除湿分系统阀门处于关闭状态； b.在所述湿度控制系统中设置所述航天器密封舱的目标湿度，启动恒定湿度注入分系统，向所述航天器密封舱内输入恒定湿度的气体； 步骤三包括以下步骤: a.实时测量所述航天器密封舱的实际湿度和实际压力； b.将所述航天器密封舱的实际湿度与所述湿度控制系统中设置的所述航天器密封舱的目标湿度进行比较，以实时调节注入所述航天器密封舱内气体的湿度。
11.如权利要求10所述的航天器密封舱湿度控制方法，其特征在于，当所述航天器密封舱的实际湿度小于所述航天器密封舱的目标湿度时，则增大所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度； 当所述航天器密封舱的实际湿度大于所述航天器密封舱的目标湿度时，则减小所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度； 当所述航天器密封舱的实际湿度等于所述航天器密封舱的目标湿度时，则使所述恒定湿度注入分系统注入航天器密封舱内气体的湿度保持不变； 当所述航天器密封舱的实际压力和实际湿度满足真空热试验的要求，则停止向所述航天器密封舱注入恒定湿 度的气体。
【文档编号】G05D22/02GK104076834SQ201410322874
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】许忠旭, 武越, 裴一飞, 王晶, 郭子寅, 马永来, 孙娟 申请人:北京卫星环境工程研究所