伴随器——航天员生命安全免遭威胁的保障系统

　　航天员在执行远距离探测任务时，航天员如受到外界损伤或自身保障设备（如航天服、月球车等）出现异常时，无法及时返回基地（空间站或月球基地）进行处理和救治，将导致航天员生命安全受到威胁，甚至一个小的异常也可能导致航天员生命丧失。
　　
　　为保障航天员的安全，除采用传统的航天服之外，还可以使用一种能够跟随航天员移动的应急生保系统（简称伴随器）。常规状态下，伴随器跟随载人月球车或航天员运动，当航天员出现意外后，可搭载伴随器，通过飞行的移动形式快速返回。
　　
　　伴随器采用火箭发动机，由于航天员运动范围不大，其推进冲量要求和对发动机的比冲要求都不高。但受到体积的限制，对密度比冲的要求却较高。
　　
　　在月面工作时，还要提供向上的升力。由于月面重力低，克服重力做功消耗的燃料较少，使得该系统可以服务航天员的月面活动保障。
　　
　　伴随器由底盘子系统、驾驶子系统、地面及飞行驱动子系统、测控子系统、电源子系统、视觉探测系统组成，关键设备如图1所示。

图1 伴随器设备组成图

　　
　　底盘子系统由两部分组成，这两部分用销轴机构连接，当需要承载航天员时，前后轮反向转动，将中间部分向上拱起，形成倒V字形，该状态可以为航天员提供良好的乘坐便利性和耐力学冲击的乘坐环境。
　　
　　驾驶子系统的特点是包含航天员防护罩，以防止火箭发动机工作时，羽流、月尘对航天员的侵害。月球车有两套驱动系统，在地面行走时，采用蓄电池电力驱动，在飞行时，采用过氧化氢/煤油喷气发动机为月球车提供飞行动力。
　　
　　底盘中包含了悬架、车轮、车轮驱动机构、转向机构、液体推进剂贮箱、推力器（发动机）等，其布局如图2所示。

图2 可折叠底盘布局图

　　
　　底盘的整体布局有以下特点：
　　
　　1、底盘分为两部分，中间用销连接，两侧车轮相对旋转，即可将底盘中间拱起，呈倒V字形，可以为航天员提供舒适的乘坐环境。
　　
　　2、该车的车轮可分别相对悬架旋转，悬架采用可升降悬架，使得该车在运输过程中可以折叠成如图3所示，减小运输包络。

图3 运输过程状态图

　　
　　该生命保障系统除了能够实现航天员的快速返回之外，还可以实现水、氧气的应急提供，主要通过生命保证装置实现。
　　
　　该装置在需要时，借用推进系统高压气瓶压力，通过氦气增压方式挤压贮箱中的过氧化氢溶液，溶液进入气体发生器与催化剂充分接触，分解产生高温气体（水蒸气、氧气），经冷凝后分离成需要的液态水和氧气。
　　
　　曾经广泛使用的催化剂是KMnO4、MnO等化合物，目前更多使用过渡金属盐或氧化物，主要是基于过渡金属锰、钴、铅等的金属盐和氧化物，载体材料选择陶瓷或无机物。
　　
　　该装置主要由进液管道、阀门、流量调节器、气体发生器（含催化床）、螺旋冷凝器、气液分离器、氧箱、水箱等组成，如图4所示。

1-气体发生器A； 2-截止阀； 3-气体发生器B； 4-压力截止阀；
5-流量调节器； 6-水箱； 7-气液分离器； 8-水阀； 9-螺旋冷凝器；
10-氧气阀； 11-氧箱
　
图4 生命保障装置组成

   
　　过氧化氢溶液通过进液管道流入装置，截止阀控制系统是否工作，流量调节器根据系统的压力及液位控制溶液的流量，直至关闭系统。溶液流入到气体发生器（A/B互为备份）中，遇到催化剂分解为高温气体，包括水蒸气和氧气。高温气体通过螺旋冷凝气后，水蒸气凝结，经气液分离器后，氧箱、水箱提供氧气和水到航天服接口，供航天员应急使用。（南山）