天河核心舱环境控制生保系统稳定运行一周年——

       再生保险系统：确保航天员长期停留在空间站

       2022年5月10日，北京时间，随着一声点火，天舟4号货运飞船乘坐长征7号遥五运载火箭飞往中国空间站，拉开了中国载人航天飞行任务的序幕。

       从神舟5号21小时的太空之旅到神舟13号宇航员6个月的太空停留，仅仅依靠一次性地面供应已不能满足任务需要。为宇航员提供环境控制、生命术为宇航员提供环境控制、生命保障和应急保障，已成为实现空间站在轨道上长期运行的关键。

       对于确保航天员在轨生命安全的环境控制和生产保护研究人员来说，安全是他们开发和运营产品的底线。在天河核心舱成功发射一周年之际，中国航天员科研培训中心环境控制生产保护室举行了独特的研讨会。参与空间站任务再生环境控制和生产保护关键技术研究的研究人员回顾了最初的奋斗时间，展望了中国载人航天的美好未来。

       就像以冲刺的速度跑马拉松

       中国航天员科研培训中心环控生保室二氧化碳去除子系统负责人张勇平再次与熟悉的同事面对面坐在一起，深受感动。过去，那些一起奋斗的时刻充满了他的记忆。忙碌，无限延长时间。回忆起产品研发的日子，张勇平觉得当时每天都在全力以赴。

       从演示设计到完成初始产品设计，他们只用了三年时间。三年来，环境控制和生产保护研究团队创造了环境控制和生产保护技术发展的中国速度。

       用环控生保室主任卞强的话说，我们队的工作状态就像以冲刺的速度跑马拉松。

       2020年初，新冠肺炎疫情来势汹汹。环控生保科研团队接到通知，要在短期内完成产品正样交付任务。

       那个春节，很多人都在办公室度过。他们和家人赶紧吃年夜饭，很快就投入到工作中。

       这是接力赛。

       水处理子系统总装集成负责人熊涛加入团队后，经过两年的经验，他担任了负责人。周国栋是90后，25岁时成为最年轻的子系统负责人。二氧化碳去除子系统负责人张勇平在正常产品交付任务中连续工作了一个月。完成主体工作后，由于身体原因，他不得不暂停工作。随后，在杨润泽总体负责人的帮助下，刚入职的白攀峰及时填补了空缺，完成了后续任务。

       研究员李英斌记得，当空间站任务开始时，他们的五个子系统负责人聚集在一起，工作了十多天，日夜研究和讨论，最后根据节点提出了一套总体计划。

       现在，看着宇航员在中国空间站自由呼吸，过着舒适的生活，他们充满了成就感和自豪感。回忆起艰难的日子，技术总监尹永利说：当时，我们只有一个信念，那就是让宇航员在天空中安全地工作和生活。我们做到了！

       让资源在太空生生不息

       2020年5月5日，长征5号B运载火箭在文昌航天发射场成功发射，拉开了中国空间站在轨道建设阶段飞行任务的序幕。

       可再生环境控制和生产保护是空间站的关键技术之一。2005年，在国家863计划的支持下，环境控制和生产保护办公室开展了基础研究。2008年，可再生环境控制和生产保护通过了关键技术的示范和评价。

       在过去的十年里，环境控制和生产保护研究团队以不屈不挠的势头，努力开始和示范开发，克服了大容量电解等关键技术困难，为空间站建设奠定了坚实的基础。

       在以往的载人飞行任务中，环境控制和生产保护采用非再生技术，即宇航员在太空中生存所需的氧气和水从地面携带。随着空间站任务的逐步推进，宇航员在太空停留的时间越来越长，仅仅依靠地面携带不能满足要求，环境控制和生产保护技术必须从非再生到再生。

       顾名思义，可再生环境控制和生产保护系统是实现水等消耗资源的回收，确保宇航员在轨道上长期停留。该系统可以收集宇航员挥发性的水、排放的尿液和呼出的二氧化碳，然后将收集到的水蒸气、水和二氧化碳恢复到宇航员可以在轨道上使用的氧气和水中。

       再生式环控生保系统包括电解制氧、饮水收集与处理、尿处理、二氧化碳以及微量有害气体去除等子系统。其中，水气分离是不少子系统研发过程中都要面对的共同难题。

       在微重力条件下，水和气体处于混合状态。电解制氧团队相关负责人解释说，要在太空中进行电解制氧，将水电解成氧气和氢气膜分离技术将气体与液体分离。

       合适的膜材料不容易找到。电解制氧团队一次又一次地进行研究和测试，可开发的膜材料的重量和寿命仍然不符合指标要求。后来，他们通过咨询行业高级专家，研究前沿论文，创新地设计了一种新的膜结构。在开发过程中，他们一次又一次地碰壁，一次又一次地突破困难。最后，开发的膜材料的使用寿命是原来的10倍，重量下降到原来的1/4。

       如今，在中国空间站天空和核心舱内，电解水产生的氧气解决了宇航员的呼吸问题，大大降低了材料供应成本。这只是空间站再生保护技术的应用之一。

       在过去的一年里，我们开发的尿液处理和冷凝水收集装置成功地转化为2600多公斤的水，为两艘货船节省了近一半的上升重量。子系统负责人丁平自豪地说：整个再生保护系统实现了100%的氧气资源和80%的水资源再生。有了完整的再生系统，发射重量大大降低，每年可节省约6吨左右的向上材料。

       天空运行的每一秒，地面牵动着无数的心

       4月29日，天河核心舱在轨运行一年。这意味着环境控制和生产保护系统也在运行一周年。

       一年，365天，8760小时，525600分钟……屏幕上，代表着环控生保系统运行时间的数字不断跳动着。每分每秒，都牵动着环控生保科研人员的心。

       20年的国际空间站运行经验表明，环境控制和生产保护系统的平均轨道故障率每年约为22次。边强说，中国空间站的环境控制和生产保护系统也面临着同样的风险和挑战。为了确保宇航员的安全，团队工作人员在各个阶段进行了全面的故障调查，并进行了高强度和多批试验，以确保产品没有任何隐患。

       动态水气分离器是尿液处理子系统的核心部件。在交付正常产品之前，设计师邓明军像往常一样进行了产品性能测试。电机通电后，面板显示一切正常。邓明军没有放松警惕。突然，他发现电机的噪音似乎有点异常。

       邓明军仔细地听了听电机附近的耳朵。经过近1000次测试，他熟悉电机的噪音。过去，电机噪音稳定细腻，这种噪音似乎有一点缺陷。他轻轻地把手放在电机上，隐约感觉到异常振动。

       邓明军毫不犹豫地果断地停止了测试。在向项目组领导报告决定后，他们将电机送回制造商卸，并成功地消除了故障。

       维修、再测试、再验收。环境控制生产保护室的研究人员已经习惯于消除故障，解决问题。

       神舟十二号宇航员唐洪波参与了环境控制生产保护室一年的开发工作。唐洪波说：环境控制生产保护人员是我们飞行时的生命守护者。在飞行的90多天里，环境控制生产保护产品是操作最多、关注最多、维护最多的产品产保护专家讨论的产品和技术也是最常见的。只有他们在那里，我们才能轻松地飞行、工作和生活。

       虽然再生系统在空间站运行顺利，但团队的任务还远未结束。天空运行一天，地面需要保证一天。

       从接受任务的那天起，每个人都抓住了一颗心。也许在再生系统进入空间站稳定运行15年后，悬挂的心可以稍微放下。张永平深情地说。

       目前，环境控制生产保护室不仅在可再生环境控制生产保护技术方面取得了突破，而且同时积累和研究了可控生态环境控制生产保护技术，成功实施了绿色航空星际4人180天可控生态生产保护系统集成试验。

       在未来，宇航员将停留在月球上，飞向火星。我们的产品将为宇航员提供更好的保证，太空之家将充满活力。说到未来的环境控制和保护，我们充满了期望和信心。

       解放军报·孙伟 占康 本报记者 安普忠 王凌硕