一种舱外航天服手套主动加热装置

摘要

本发明公开了一种舱外航天服手套主动加热装置，包括盒体、控制器、电源、加热片、负温度热敏传感器、排线片、磁铁；控制器分为自动控制模块与手动控制模块，实现对舱外航天服手套的自动加热与手动加热。通过负温度热敏传感器检测环境温度，从而对控制器发送温度信号，由控制器驱动加热片工作，完成舱外航天服手套的自动加热。通过磁铁使手动控制模块连通，从而加热片开始加热，完成舱外航天服手套的手动加热。本发明保证舱外作业的连续性，提高舱外作业效率，减少航天员舱外作业风险，且体积小，结构紧凑，操作方便。

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体来说是一种可以根据航天员手部冷暖感受自动或者手动对航天员手部进行加热的主动加热装置。

背景技术

航天员进行出舱活动时，会遇到-140～-160℃(近地空间)的空间低温环境，为此，舱外航天服手套必须具备相应的隔热保暖性能，以保持航天员手的正常功能。舱外航天手套一般由气密层、限制层和TMG层组成(参考：《Spacesuit glove manufacturingenhancements through the use of advanced technologies》，作者：Cadogan D，Bradley D，出自《SAE》)。一般认为0.635cm是基本保持手部作业工效的最大手套厚度。但这种厚度的手套还不能满足空间低温环境下航天员手所需要的隔热保暖要求。当航天员处于太阳辐射阴面时，就会出现航天员的手热防护不足问题。近年来常有出舱作业航天员抱怨手/足太冷不得不提前回舱的报道。因此，舱外航天手套在广泛选用隔热保暖新材料和新技术的同时，采用局部外热源的方案，也即在适量被动隔热保暖的基础上，对手部特定区域增加主动温控的方法，将是现实可行的方法。

目前，世界上只有美国NASA的航天服手套采用了外热源辅助加热保暖方案，该技术方案采用了手动启动电加热系统的方法。而航天员在进行某些舱外作业时，作业内容连续而不能中断。航天员如果手部过冷而双手都在进行舱外作业根本无法腾出手来启动加热系统，如果要启动加热系统，当前作业就必须停止。待手动启动加热器后，前述工作必须从头开始，大大延长了航天员的出舱作业时间，增加了航天员的出舱风险。采用主动加热系统就可以保证舱外作业能够顺利连续地进行。

发明内容

本发明为了解决航天员进行出舱作业时手部过冷而不得不提前回舱中断舱外作业的问题，提出了一种舱外航天服手套主动加热装置。

本发明一种舱外航天服手套主动加热装置，包括盒体、控制器、电源、加热片、负温度热敏传感器、排线片、磁铁。盒体内安装有电源和控制器，加热片和负温度热敏传感器通过排线片与控制器连接，舱外航天服小臂表面前侧设置有磁铁。

盒体包括上盖和舱体，通过螺钉将上盖与仓体固定。盒体内部开有电源腔、控制腔和溢流槽；电源放置在电源腔中，控制器放置在控制腔中，在电源腔与控制腔上开有引出线口；在溢流槽末端有一排气孔。盒体两侧面下部各有一用于与舱外航天服手套连接的连接装置。

控制器包括自动控制模块和手动控制模块；自动控制模块用于将负温度热敏传感器检测到的温度信号转化为控制信号，从而控制加热片的开启与关闭；手动控制模块为一霍尔元件，通过磁铁靠近霍尔元件来启动或者关闭加热片。

加热片用来为舱外航天服手套进行加热。

负温度热敏传感器用于实时采集该位置的温度变化并反馈给自动控制模块。

排线片用于将加热片、负温度热敏传感器和控制器进行可靠连接。

本发明的优点在于：

1、本发明一种舱外航天服手套主动加热装置，解决航天员舱外作业手部过冷问题，保证舱外作业的连续性，提高舱外作业效率，减少航天员舱外作业风险；

2、本发明一种舱外航天服手套主动加热装置，体积小，结构紧凑，操作方便。

附图说明

图1为本发明提供的主动加热装置布置形式示意图；

图2为本发明中盒体结构图；

图3为本发明主动加热装置工作原理图。

图中：

1-盒体、2-控制器、3-电源、4-加热片、5-负温度热敏传感器、6-排线片、

7-磁铁、101-上盖、102-舱体、103-电源腔、104-控制腔、105-溢流槽、

106-引线口、107-排气孔、108-连接装置、109-尼龙搭扣。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种舱外航天服手套主动加热装置，如图1所示，包括盒体1、控制器2、电源3、加热片4、负温度热敏传感器5、排线片6、磁铁7

如图1，所述的盒体1安装于舱外航天服手套8的手背处的TMG层和限制层之间；由于人体受冷时越靠近指尖温度越低，所以在舱外航天服手套8的五个手指第一个指节处分别固定有于加热片4，所述的加热片4位于手套8的TMG层和限制层之间。由于人体手部受冷时指尖处温度最低，而且中指指尖温度最具代表性，因此负温度热敏传感器5设置于舱外航天服手套8的中指指尖处的TMG层和限制层之间；排线片6设置于舱外航天服手套8盒体1前方靠近手指侧的手背上，仍然设置在手套8的TMG层和限制层之间。

所述盒体1内安装有电源3、控制器2，加热片4、负温度热敏传感器5通过排线片6与控制器2连接，舱外航天服小臂9表面前侧设置有磁铁7。

如图2所示，所述盒体1包括上盖101和舱体102。上盖101通过螺钉固定于舱体102上，并采用密封圈使盒体1密封。盒体1采用铝合金材料，表面进行氧化处理，这种坚固的材料可以防止盒体1内部电源3发生爆炸造成盒体1破裂，使舱外航天服出现破损，导致航天员受到伤害。盒体1内部开有三个空腔，分别为电源腔103、控制腔104和溢流槽105。电源3放置在电源腔103中，电源3为聚合物锂离子电池，用来为整个装置供电。控制器2放置在控制腔104中，用来对整个装置进行加热控制。控制腔104上设置有两个引线口106，其中一个用于与电池腔103之间的走线，另一个用于与盒体1外部的排线片6走线。盒体1密封连接时，引线口106均由聚四氟乙烯密封环进行密封隔断，使电池腔103与控制腔104分别保持独立密封状态。所述溢流槽105为U型槽结构，溢流槽105内侧壁附有吸液材料，一旦电池漏液，吸液材料会将漏液吸附，防止其溢出到控制腔104和盒体1外，从而保证不会污染到电路和舱外航天服手套8。这种U型结构设计可以使电池漏液有一定的流动空间，内附的吸液材料可充分的吸收电池漏液。在溢流槽105末端的盒体1侧壁上有一个微小的排气孔107，用于平衡电源腔103和溢流槽105之间的气压。盒体1两侧分别设置连接装置108，用于与舱外航天服手套8进行连接固定。所述的连接装置可以是一个钩环等结构，与缝制在舱外航天服手套8上的尼龙搭扣109配合，从而将盒体1固定在舱外航天服手套8上。

如图3所示，控制器2包括自动控制模块201和手动控制模块202。自动控制子模块201用于将负温度热敏传感器5检测到的温度信号转化为控制信号，从而控制加热片4的开启与关闭。手动控制模块202为一个霍尔元件，分别设置在左右两侧舱外航天服手套8中控制器上。在左右的舱外航天服小臂9前侧还分别设置有磁铁7。通过左手(或右手)侧磁铁7靠近右手(或左手)侧霍尔元件来控制加热片4的开启与关闭。

加热片4为方形薄膜式加热片，每只手上设置五片，用来为舱外航天服手套8上每个手指指尖部位进行加热。每个加热片4的阻值为20Ω。

负温度热敏传感器5用于实时采集中指指尖位置的温度变化信号并通过排线片6反馈给自动控制模块。

排线片6用于将加热片4、负温度热敏传感器5和控制器2进行可靠连接。通过设置排线片6，使由每个加热片4连出的正负两级的两根导线，共10根导线连接到排线片6上，通过排线片6可将这10根导线转换成两根正负两极导线与控制器2连接。负温度热敏传感器5连出的两根导线也连接到排线片6上，通过排线片6导出两根导线与自动控制模块201连接。

当航天员的中指指尖温度低于15.6℃的临界值时，系统自动启动，加热片4开始工作对手指进行加温；当中指指尖的温度高于温度上限30℃时，系统自动关闭，加热片4停止工作。

霍尔元件在自动控制模块201失效或者航天员根据自身冷暖感受需要开启或关闭加热片4的情况下，通过手动控制模块202进行加热工作，即磁铁7产生的磁场使霍尔元件产生动作并锁存，手动控制模块202开启，加热片4开始加热。当温度过高航天员需要停止加热时，只需重复上述动作即可关闭加热片4。