● 摘要
舱外航天服是航天员出舱活动（Extravehicular Activity, EVA）的核心装备，排除航天服内多余热量、控制航天服内的温度以及为航天服内各电子设备提供电能是航天服的两项重要功能。目前，舱外航天服主要分别采用以消耗水为代价的水升华器作为冷源，采用储能密度低、使用寿命低的Ag-Zn电池、锂电池等二次电池作为电源，难以满足航天员长期舱外作业的能量需求，携带大量水和二次电池增加航天员额外的负担。
本文提出了一种舱外航天服冷电联储生保系统技术思路，拟综合利用燃料电池、热驱制冷装置、储氢冷却器等简单子系统，通过物质互补、能量梯级利用来实现航天服生保系统供电制冷一体化。本文主要从以下三个方面进行研究：首先，确定舱外航天服冷电联储系统发电、制冷环节的原则性热力学实现方案、过程及循环；其次，基于热力学第一定律，完成冷电联储系统冷电匹配方式研究，建立冷电联储系统级质量和热力学性能分析模型，在航天服350W制冷量和250W电量需求下对该冷电联储系统进行质量和热力学性能分析；最后，基于热力学第二定律，对冷电联储系统关键部件内的传热、传质过程进行?分析，拟找出冷电联储系统中能量转换薄弱环节及改进方法。
基于以上三点研究内容，本文完成了舱外航天服冷电联储生保系统方案设计及系统质量、一次能源利用率、?效率等分析。理论分析表明，该冷电联储系统整体质量约30kg，一次能源利用率达到85%，?效率达到51%。与传统航天服冷电分产生保系统相比，该冷电联储方案，能够减少工质消耗，提高能源利用率，降低航天员出舱活动体力负荷、增大其舱外活动范围、降低系统维护和消耗品补充的难度和费用，对载人航天发展具有重要意义。