舱门快速检漏仪——载人航天器的“门神”

董义鹏，孙晋川，周明，马动涛，雷志广，崔致和，曹 军

（兰州空间技术物理研究所，兰州 730000）

中国空间站是中国载人航天三步走战略的第三步，这个阶段中国将掌握近地轨道空间组装、近地轨道长时间有人驻留等技术。空间站由节点舱将核心舱和两个空间实验舱（即“梦天”“问天”）联结形成T字型结构，节点舱还提供一个对接口与神舟载人飞船对接，核心舱另一端有一个对接口与天舟货运飞船对接，形成更大的“＋”构型。这些舱都是加压舱，航天员在空间站工作和生活时，维持舱内正常生活所需的气压对于航天员的生命安全至关重要。在空间站建造过程及15年的运营期间，会有多艘载人飞船和货运飞船与其对接，一批又一批的航天员将在轨开展长期的科学实验工作。航天员在空间站工作和生活时，要经常往返于各个舱段间，穿舱、出舱活动中打开和关闭舱门有可能改变舱门的密封状态，飞船和舱段的对接和分离也有可能破坏界面的密封，给航天员的生命安全造成隐患。如何准确而快速地检测出舱门的密封情况成为一项非常重要的工作。

国外早期的载人航天器通常采用在整舱布置一定数量的压力传感器，通过监测舱压变化的方式来判断整舱的密封情况。这种方法耗时较长、精度较差，一旦出现密封不良的情况，必须打开舱门，恢复正常后再重新关闭，因此浪费大量的气体。这对于时间按秒计、质量按克计的载人航天任务来说，不是最好的方法。因此迫切须要改进检测手段，在保证准确性的同时缩短检测时间。兰州空间技术物理研究所研制的舱门快速检漏仪正是在这一背景下研发的机电一体化设备，能够对舱门和对接框密封面进行快速、准确的漏率检测，具有国际先进水平，产品照片如图1所示。从载人飞船、货运飞船到“天宫”实验室，再到空间站各个舱段（“天和”“梦天”“问天”），舱门快速检漏仪已成为载人航天飞行器的系列化“标配”设备，为航天员在轨工作和生活提供坚实的安全保障，称得上是载人航天器的“门神”。

图1 空间站舱门快速检漏仪实物图

为确保密封可靠，我国的飞船舱门和对接通道密封面上都装有双道密封圈，舱门关闭后双道密封圈与门框之间会形成一个环形的小腔体，舱门快速检漏仪巧妙利用了这种特有结构，向环形小腔内充入一定量的高压检测气体，通过监测小腔体内压力的变化，计算出密封腔体漏率来判断舱门的密封情况。如果漏率超过设定的阈值，表明舱门的漏率超标，泄漏较大，舱门快速检漏仪会立刻通过面板显示并同时向数管系统发出报警信息。舱门快速检漏仪如同卫士一样提醒航天员“舱门没有关好，存在危险，暂时不能入住。”航天员根据提示，按照处理预案对舱门进行清洁处理并重新关闭，再次检漏合格后，才能放心入住舱内。

舱门快速检漏仪内部采用高精度压力传感器，通过自主研发的信号采集技术和漏率算法，可以准确计算舱门密封腔体内压力的变化量，在2 min内快速给出严重泄漏的结果，在8 min内快速给出准确的漏率检测结果，而整舱舱压检漏法需要30 min以上的时间才能给出判断结论。

2021年4月29日，中国空间站“天和”核心舱发射升空，准确进入预定轨道。在加电测试中所有的舱门快速检漏仪工作正常，舱门漏率合格，状态良好。后续随着空间站“问天”舱和“梦天”舱与核心舱组装完成后，将有多台舱门快速检漏仪各自“驻守”在载人航天器上，为航天员提供舱门密封状态信息，确保航天员工作和生活环境安全。

关键词：载人航天器；舱门快速检漏仪；漏率

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

中图分类号：V441文献标志码：A文章编号：1006-7086（2021）03-0304-01

DOI：10.3969/j.issn.1006-7086.2021.03.18