介紹了質(zhì)子交換膜（PEM）水電解技術(shù)的特點(diǎn)及其在國(guó)內(nèi)外航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀,在分析空間任務(wù)的發(fā)展趨勢(shì),以及能源、動(dòng)力、環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)需求變化的基礎(chǔ)上,認(rèn)為在未來(lái)載人航天任務(wù)中,能源、動(dòng)力、生保物質(zhì)互用的解決方法是擺脫依賴(lài)地面支持、實(shí)現(xiàn)自主和可持續(xù)保障的最優(yōu)途徑,并指出了PEM水電解技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)途徑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)所面臨的挑戰(zhàn)。 

【文章來(lái)源】：上海航天(中英文). 2020,37(02)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

PEM水電解器與堿性水電解器工作特性對(duì)比

圖2 180 d開(kāi)放式任務(wù)環(huán)控生保高壓氧補(bǔ)給方案的總質(zhì)量和等效系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)比結(jié)果表明：對(duì)于180 d任務(wù)，采用液氧或生保能源共享的高壓電解制氧方案比較理想。對(duì)于10 a任務(wù)，則在軌電解的方案最優(yōu)。盡管壓縮機(jī)質(zhì)量、體積和功率都較低，與低壓電解組合在等效質(zhì)量方面略占優(yōu)勢(shì)，但由于無(wú)油，活塞和金屬氣缸之間的摩擦縮短壓縮機(jī)使用壽命，增大維護(hù)負(fù)擔(dān)。

2009年，NASA約翰遜中心聯(lián)合Hamilton Sundstrand公司在前期研究的基礎(chǔ)上，以長(zhǎng)期駐月基地任務(wù)以及180 d周期的標(biāo)準(zhǔn)“前哨”飛行任務(wù)作為分析對(duì)象，進(jìn)行了多種供氧方案的總質(zhì)量及等效系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)[9]。任務(wù)中設(shè)定每次出艙活動(dòng)為2人，高壓氧（20.7 MPa）消耗量為0.73 kg·人-1·次-1，任務(wù)次數(shù)為150次。分析結(jié)果表明：180 d及10 a任務(wù)所需的高壓氧資源分別為218 kg、4 364 kg。對(duì)各種在軌高壓氧、高壓氫氣補(bǔ)給方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比，設(shè)定的方案包含高壓氣瓶運(yùn)輸、液氧運(yùn)輸、在軌電解制氧、利用原位資源制氧共4類(lèi)、7種方案，具體如下：1）地面攜帶工作壓力范圍為21.4～27.6 MPa高壓氣瓶供氧（A);2）地面攜帶低溫儲(chǔ)罐運(yùn)氧，將其蒸發(fā)后與氣態(tài)氧混合成高壓氧（B1);3）地面攜帶低溫儲(chǔ)罐運(yùn)氧，由變溫吸附壓縮機(jī)加壓到27.6 MPa(B2);4）軌道上低壓水電解制氧，用多級(jí)活塞式壓縮機(jī)壓縮至20.7 MPa(C);5）軌道上用PEM水電解裝置輸出壓力12.8 MPa的氧，用壓縮機(jī)增壓到24.8 MPa(D);6）共享能源系統(tǒng)的高壓水電解供氧，同時(shí)也為航天服供氧，電解裝置輸出壓力24.8MPa(E);7）月球基地“原位資源利用裝置”電解輸出5.2 MPa氧氣，壓縮機(jī)提高到24.8 MPa(F）。分析的結(jié)果如圖2和圖3所示。圖3 10 a封閉式任務(wù)環(huán)控生保高壓氧補(bǔ)給方案的總質(zhì)量和等效系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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