美国航天飞机(SPACE SHUTTLE)介绍 (2)

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欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 软件 由航天飞机轨道飞行器计算机存储和执行的软件是空间飞行中最复杂的程序，由它们来操纵航天飞机各个方面和各个阶段的活动。 软件分系统软件和应用软件两类。各程序编写成可由单台计算机执行，也可由多台计算机执行。多台计算机执行模式设计用于执行发射、上升、再入、中止飞行等关键飞行阶段的工作。 美国航天飞机(SPACE SHUTTLE)介绍 (1) 系统软件由飞行计算机操纵程序、用户接口程序和系统控制程序组成。飞行计算机操作程序负责控制处理机、监控键盘系统参数、分配计算机资源、有次序地中断程序、提供高优先级活动以及更新计算机存储器。用户接口程序提供处理机务人员命令和请求的指令。系统控制程序用来对计算机进行初始化，在关键飞行段安排多计算机操纵模式。 应用软件有特殊软件程序、系统管理程序和有效载荷处理程序及航天飞机检测程序4种。特殊软件程序用来在发射、上升、轨道机动、再入和着陆各阶段对航天飞机进行制导、导航和控制，系统管理程序用来检测航天飞机各分系统、检查机组人员的显示器和控制器工作是否正常、更新惯性测量组件状态矢量。此外该组程序还包括装订主发动机计算机内存的指令和检测测量系统的指令。有效载荷处理程序是一组控制、监控有效载荷的指令，它们可根据有效载荷性质进行修改。航天飞机检测程序用来维护数据管理、进行性能监控和特殊的处理。 程序用HAL/S(高阶组合语言/航天飞机)语言编写而成。程序按功能分组存入各内存组。需要时可从海量存储器提取程序，并按所需要功能的操作程序重新组合内存。 应用软件的最高层程序是操作程序(OPS)。每一组OPS是一组用来完成阶段面向任务的特殊软件。OPS还可分为几个主模式，每一模式代表OPS任务段的一个部分，如OPSl就可分为6个主模式。OPS功能软件会通过CRT显示某些数据格式和组态，但它们不能为宇航员所改动，只能提供信息。OPS专家功能软件，可在CRT显示并允许宇航员用键盘输入信息、操纵和监控航天飞机工作。 数据通信 机间通信 4条机间母线交叉连接4台计算机。每台计算机均可访问由其它几台计算机所接收或传输的数据状态，以检验4台计算机的计算结果是否一致。各计算机装同样的软件，4条母线各与一台以命令模式工作的计算机相接。对此条母线来说，其它3台计算机均以收听模式工作。各台计算机均具有从其它3台计算机接收数据、向其它计算机输送数据、请求数据并完成冗余机组要求之任务的能力。 4条机间母线不与任何航天飞机其它分系统相接。 计算机与分系统间的通信 1.GPC与制导、导航、控制系统间的数据通信 8条GPC飞行关键母线分2组与4台计算机相接。FC—1～FC-4母线输送驾驶层飞行员控制系统、显示装置和前部制导、导航、控制 (GNLC)系统的命令和数据，FC—5～FC—8母线输送后部GN&LC系统的数据和命令。组内1条母线分配给一以命令模式工作的计算机。以命令模式工作的计算机通过其专用母线向航天飞机有关系统发出数据请求和命令，其余3条母线分配给其它3台以收听模式工作的计算机，收听以命令模式工作的计算机信息。 GN&C系统各组件与各MDM和飞行关键母线相接，各台计算机通过它们向GN&C系统组件发送命令、请求数据。 GN&C系统组件的冗余度变化在2～4之间。冗余管理软件可以从冗余组件中选择一组可用于飞行控制，制导和导航的数据；也可以发现超过容差的数据，找出有故障的组件并将故障通知飞行人员及数据收集软件。如对于4冗余组件，软件选释3个组件并取其中值，第4件备用，待3件中有1件出故障时，方启用第4件。如余下的3件中又有1件出了故障，则将模式降低为2，取其平均值。2件中再出故障时模式降为1，只能输送它所收到的数据。 进行非关键性轨道飞行时只用1—2台计算机进行GN&C工作，其它几台用于有效载荷操作和系统管理，也可停止工作留作备用。 2.GPC与主发动机间的数据通信 3个主发动机接口输送计算机命令和主发动机控制器的数据。发动机点火、摆动、节流、关机等功能都是由主发动机控制器用GPC所计算的制导方程的输入信号进行控制的。 3.GPC与主事件控制器(MEC)间的数据通信 GPC通过飞行关键母线与2台MEC进行通信。由GPC控制的2台MEC提供火工品保险/解保信号、火工品点火信号和轨道飞行器/外贮箱、外贮箱/固体助推器分离信号。 4.GPC与有效载荷间的数据通信 由2条有效载荷数据母线传输有效载荷状态参数。有效载荷数据隔行扫描器把有效载荷数据集中送入轨道飞行器电子件后送往地面遥测装置。 5.GPC与地面设备及固体助推器间的数据通信 由2条地面接口母线实现GPC与地面设备及固体助推器间的通信。由接口装置数据母线隔离放大器的接收部分、发现低电平编码信号、去噪音并将信号解码为标准数字数据。放大器的传输部分将数据重新编码并以全振幅在低噪音的条件下传输数据。 测 量 系 统 测量系统由传感器、信号调节器、咏码调制编码设备、多频多路设备、脉码调制记录器、模拟记录器、定时装置、机上测试装置组成。系统分2个独立的功能系统：正式运行测量系统和研制飞行测量系统。后者只在研制飞行阶段使用。 正式运行测量系统 正式运行测量系统敏感、收集并调节数据，对数据进行数字化、格式化并进行分配以供显示、遥测、记录和测试，为机上系统提供脉码调制记录、话音记录和定时。系统由2个脉码调制主组件、2个运行记录器、主定时装置和各种信号复合/信号分离器、信号调节器和传感器组成。 信号调节器 系统共有13个信号调节器，调节约1200条通道、约100个研制飞行测量数据。研制飞行时6个宽带信号调节器向分频多路器输送信号，正式飞行时向面板显示器、警报与预警系统和相应的信号复合/信号分离器(MDM)传送信号。MDM将模拟信号转换成串式数字数据，并按请求将数据送往脉码调制主组件。共有45个高级传感器。 脉码调制主组件 组件接受3250个MDM数据和机上计算机下行表数据，并将数据存储在存储器内，数据作周期性更新。脉码调制主组件(PCMMU)有2个格式存储器——可编程序只读存储器和随机存取存储器。PCMMU利用所存储的格式将数据组成128kb/s和64kb/s脉码调制遥测数据流并送往网络信号处理器，由处理器将128kb/s数据送往运行记录器并将128kb/s和64kb/s数据送往S波段应答机，向地面传输，在后来的飞行中用Ku波段发射机发射。PCM—MU也按请求向机上计算机输送数据。 双冗余脉码调制主组件每次只一台工作，工作组件由飞行员通过面板控制。 有效载荷交叉存取器 正式飞行中采用有效载荷交叉存储器，最多可同时从5个搭接的和1个未搭接的有效载荷接受数据，进行交叉作业后送往脉码调制主组件，暂存其存储器中，由PCMMU格式化器和机上计算机访问。 主定时器 主定时器是一种稳定型晶体控制时源。它为机上计算机、脉码调制主组件、分频多路器和各种时间显示面板提供程序时间基准信号，它也向测量系统和其他系统提供同步信号。主定时器含3个格林威治平时(GMT)累加器和3个任务消逝时间(MCT)累加器。6台独立的累加器同时工作，它们均可由地面通过上行线由机上计算机重置或更新数据，也可由宇航员通过面板键盘改动，两个累加器的累加数均为364d23h59min59s999.875ms。 调频信号处理9S 处理器从发动机的3个接口、视频开关组件、运行记录器、有效载荷记录器等组件接收信号和数据，处理器按指令选择接收其中的一个组件的信号并由S波段射频发射机输出，经下行线路传输至地面。 运行记录器 记录器可按地面指令由宇航员通过显示控制面板键盘和记录器面板开关控制，从网络信号处理器输入128kb/s脉码调制数据、192kb/s复合信号，此外1号记录器以60kb/s速率接收3个通道的主发动机数据。 在维护/环路模式中一台作为维护记录器，另一台作为环路记录器。后者记录正式运行PCMMU的串行输出信号，作暂时存储。数据以按序转换12、13和14磁道的环路形式记录。维护记录器用来永久储存2种数据——由环路记录器来的异常数据和快速环路脉码调制数据，当维护记录器的第11个磁道记满时发出信号，提醒用户在2个记录器之间切换环路和维护功能。切换按网络信号处理器上行命令或宇航员指令进行。 有效载荷记录器 记录器用来记录有效载荷数据并在飞行中通过S波段应答机和Ku波段发射机转储数据。记录器的硬件同运行记录器。 研制飞行测量系统 系统为研制飞行提供附加测量。系统敏感、收集、调节数据，对数据进行数字化、格式化、分频分路、分配和记录。其设备包括2个脉码调制主组件、3个记录器、9个分频多路器和各种信号复合/信号分离器、信号调节器和传感器。 通信与跟踪系统 系统由机载和机外两部分组成，机外部分又可分为天—天通信和天—地通信两大系统。 机载部分通信与跟踪系统由超高频空中交通管制系统、S波段网络系统、S波段载荷系统、音响分配系统、地面控制接口逻辑、Ku波段雷达通信系统和电视系统组成。 航天飞机正式运行时通信与跟踪系统的功能为：1)选择和维持完成任务要求的射频通信线路，处理和分配接收到的命令信号和数据；2)为地面站双路多普勒速度跟踪返回射频通信线路载波。在上升、再入和着陆过程中提供往返测距音响调制；3)为政府装备的设备的定位、操作和接口提供解码和编(密)码，以处理：a)从地面站接收并向地面站发送国防部任务的话音和数据；b)向分离的国防部有效载荷输送、接收数据；4)为大气飞行产生射频导航辅助设备信息和空中交通管制话音；5)在轨道飞行器内部乘员工作站之间提供音频话音通信，与连接的有效载荷通过硬件进行通信，与地面站及释放的载人有效载荷通过射频通信线路进行联系；6)产生、传送和分配闭路电视信号并通过射频线路向地面产生并传送彩色电视或闭路电视录像；7)捕获、跟踪交会目标；8)捕获、跟踪、接收NASA中继卫星的信息或向它输送信息。 轨道飞行器共有29付天线，用来与地面站、释放的有效载荷和进行舱外活动的宇航员进行通信，通过这些天线以S、Ku、L和C波段频率发射和接收数据。 S波段网络系统 S波段网络系统是天—地通信系统的一部分，它通过空间跟踪数据网络或中继卫星系统为航天飞机提供与地面的联系。 在航天飞机的发射、再入和着陆过程中，由S波段通信线路与地面联系或通过中继卫星与地面通信。在轨道飞行中，当不用中继卫星Ku—波段，或轨道飞行器姿态不适于用Ku波段通信，或有效载荷舱门关闭时，用S波段通信线路与地面通信。 通信网络 系统共有3种通信网络模式：NASA地面—空间跟踪数据网络模式、美国空军空间—地面通信线路系统模式、跟踪与数据中继卫星模式。 S波段地面—空间网络如图所示，由13个NASA地面站和2个美国空军卫星控制设施遥控站组成。中继卫星系统在航天飞机第6次飞行以后使用。系统由2颗工作星和1颗备用星组成。中继卫星工作后地面站减少。 信息传输组合 S波段通信系统在1700～2300MHz频段工作，波段各通信线路功能及调制技术如下表所示。 网络通信设备 S波段网络通信设备由10个线路可置换装置(LRU)和相应的天线组成。这10个LRU是：网络应答机(2台)前置放大器、功率放大器、开关装置、调频发射机(2台)、调频信号处理器和网络信号处理器(2台)。除了天线开关内接点和前置放大器内的双工器、天线及其相应的射频电缆外，系统采用冗余措施。全部LRU采用28V直流母线。每件LRU可由2条冗余母线中的任一母线操作。硬件是环境密封的，用冷却板冷却。 如图所示，S波段网络通信设备按功能可分为调相和调频两部分。二者唯一公用的装置是天线转换装置。该装置为调频和调相系统提供相似的但又是独立的射频信号路由服务。调频系统只为直接通信线路提供服务。调相设备有4种运行模式，2种低功率(空间地面网络系统和空间跟踪数据网络)直接通信线路，另2种为高功率(地面空间跟踪数据网络和卫星中继)通信线路。运行模式的系统控制信号均路由地面通信接口逻辑并由前向通信线路命令进行组态控制。在发生意外事故时，可通过机上控制面板向计算机输入信号，进行控制。 S波段有效载荷通信系统 S波段有效载荷通信系统是轨道飞行器与分离的有效载荷进行通信的主要手段，是天—天通信系统的一部分。它可为多个有效载荷目标服务。 系统由2个有效载荷问答机和2个有效载荷信号处理器组成。非标准化或标准化的遥测数据格式均能以Ku波段弯管模式送往地面。非标准遥测数据必须在机上进行处理以供显示、记录或监控。这些数据被送往有效载荷站分配面板，从那里再送往有效载荷信号处理器。处理器也能用来产生一非标准命令格式，并将其送往有效载荷问答机及送往分离的有效载荷。 Ku波段雷达通信系统 Ku波段雷达通信系统可作交会雷达使用或通信，但2种功能不能同时完成。作交会雷达使用时，以脉冲多普勒方式工作，确定交会目标的坐标，作为通信系统时，则屑天—地通信系统的一部分，通过中继卫星传送高达50Mb/s速率的数据。 系统由释放装置、电子装置1、电子装置2和信号处理器装置组成(见图)。可展开的91cm直径天线安装在右侧有效载荷舱门大梁上。上升时天线装在有效载荷舱内。舱门打开后天线可展开伸出轨道器外。 系统以雷达模式工作时完成以下工作； 1)搜索、发现和跟踪无源(未放大的)和有源(应答机)目标；2)为轨道飞行器会合作业测量和提供目标数据(临近速度、距离、角速度、角度)，3)从(向)轨道飞行器提供显示和命令/控制信号流。系统可在22kin范围内探测、捕获并自动跟踪无源目标。当目标装上信标应答机后，跟踪距离可扩大到556km左右。当雷达方向对准跟踪目标的矢量后便可在60s或更少的时间内捕获目标，并可在最大距离到最小距离30m的范围内提供目标瞄准线距离、临近速度、相对轨道飞行器会合轴(Z轴)的角度、角速度等。 通过中继卫星进行通信时ku波段有2种模式。模式1可从搭载的有效载荷传输最高达50Mb/s宽带数据和2Mb/s操作、储存试验数据及192kb/s操作数据。模式2可从轨道飞行器—搭载的有效载荷传输4.5Mb/s有效载荷数字数据和2Mb/s存储或试验数据及192kb/8轨道飞行器实时操作数据。前向(地面到轨道飞行器)通信线路可传输216kb/s，其中轨道飞行器 72kb/s，有效载荷128kb/s，其它数据16kb/s。前向通信线路也可传输72kb/s采用卷积码技术的密码信号。 超高频/空中交通管制系统 该系统主要用于与舱外宇航员双向话音通信、心电图遥测、起飞与着陆时保持对地通信联络，与伴飞飞机联队联络及进行救援通信等。 系统由2台舱外活动/空中交通管制收发报机和2付超高频波段天线组成。系统可以 196.8和259.7MHz 2种频率发射。系统的2付天线，1付安装在轨道飞行器前机身下部的外蒙皮上，另1付装在有效载荷舱前部，此天线只用于舱外活动的空对空通信。通过控制面板可选择5种工作状态。所有外部超高频发射均通过音响中心控制组件向超高频发射机发射或从发射机接收。 音响系统 该系统负责飞行员之间和飞行员与地勤人员之间的相互通信。系统也能在某设备发生故障、发生紧急状况时接收预警和警告音响信号，从地面跟踪站接收塔康导航系统识别信号并在飞行中提供与搭载的有效载荷、有效载荷舱和交会对接机构间的通信。 系统由音响中心、音响中心控制器、音响终端、头戴耳机接口和接口装置组成。 音响分配系统通过网络信号处理器与S波段、Ku波段通信系统接口进行外部空对地话音信号的发送和接收，通过超高频系统的收发报机发射和接收外部空对地和空对空话音信号，.系统也与发射脐带相连接，进行发射前和发射时的话音通信。 系统最重要的部件是位于乘员舱中层前电子仪器舱的音响中心控制组件。所有送往音响终端或从它而来的音响信号(空对空、空对地、警告/预警、塔康导航系统识别和内部通信)都通，过音响中心控制组件作通道处理，它作为一中心交换台来识别转换和分配全部输入和输出的话音信号。音响中心控制器与8台音响终端、网络信号处理器、超高频收发报机、警告和报警系统、3个塔康导航系统组件和发射脐带接口。组件的全部音响信号电路都是冗余的。 电视系统 在开始几次的研制飞行中采用“阿波罗—联盟”号试验计划的设备，后换用新研制的闭路系统。电视系统由2台摄像机及其监控装置和视频接口装置组成。摄像机通过监控器电缆向其取景监控器提供电力和信号。视频接口装置由电视机和射频发射设备间的接口以及摄像机选择逻辑接口组成。电视摄像机信号送往S波段调频信号处理器与记录器，向地面传输。 制导、导航和控制系统 系统为4冗余、全数字、全电缆飞行系统。它能满足发射、上升、入轨、轨道运行和操作、出轨、再入、着陆等飞行段的各种要求以保障安全飞行并可靠地完成各种飞行任务。 系统采用冗余技术，它与其他分系统共用电子系统的四冗命计算机组进行软件存储、计算并提供各种工作指令。此外为了保证系统工作准确无误还采用了其他冗余组件，如惯性测量组件、大气数据系统、塔康导航系统、雷达高度表等。 系统采用自动和手动2种操作模式。自动模式由计算机操纵全部飞行过程。采用手动模式时由宇航员通过各种手动控制器控制，但轨道飞行器上没有可供宇航员直接操纵各系统的机械联动装置。通过手动控制器发出的指令必须通过计算机进行处理后再送往各工作系统，因而该系统又称为全数字、全电缆飞行系统。 航天飞机通用计算机不具备全部任务的存储能力。任务各阶段的软件程序先装入磁带机，只有在准备转入下一飞行段时才将相应程序转入计算机内存。起飞时计算机只装有上升到轨道机动系统点火进入圆轨道的飞行程序以及返回发射场中止飞行程序。如中途需要采用其它中止飞行模式时，则要在轨道机动系统第一次点火后改变装订内容。 制导、导航、控制应用软件的最高计算频率为25Hz。敏感器输入信号到产生作动器指令的时间为20μs或更短。航天飞机通用计算机可按不同的需要以各种频率进行计算，使计算能力，更好地适应实际计算要求。例如上升时每2s计算1次制导参数，而导航参数则每4s计算1次就够了，但惯性测量组件却需要每秒处理1次。 导航系统 航天飞机机载导航系统负责确定状态矢量——位置和速度，以及根据状态矢量确定向制导系统或飞行显示装置提供的其它参数，如加速度、攻角等。 航天飞机动力飞行段的实时状态根据惯性测量组件所敏感韵加速度来确定。滑行段实时状态矢量则是通过对运动方程积分进行数字计算而求得的。惯性测量组件的校准以及用这些组件测得的状态矢量的精度将随时间的推移而恶化，因而需在轨道中不断用天体导航测量仪对惯性测量组件进行校正。 由于航天飞机要作精确的定点着陆.故在再入时，还需利用塔康导航系统、微波着陆系统、大气数据系统和雷达高度表等导航辅助设备。3台惯性测量组件保持初始基准，并在微波着陆系统捕获目标前提供速度变化信息。再入时，从M<3到着陆，大气数据系统要为制导、控制和飞行员专用显示装置提供飞行器在大气中运动的有关信息，作为塔康导航的备用信息。塔康导航系统从44km高空开始进行航程和航向测量，直到微波着陆系统开始工作或一直工作到着陆。微波着陆系统为着陆提供最后13～16km的准确位置数据。当轨道飞行器飞至2.7km时开始起用雷达高度表。 此外导航系统还将完成转换、定时系统利用、显示；制导和飞行控制的用户处理等与导航有关的其它功能。 系统硬件 系统由惯性测量组件(IMU)、星光跟踪器(ST)、飞行员光学瞄准仪(COAS)、塔康导航组件(TACAN)、微波扫瞄着陆系统(MSBLS)、大气数据系统(ADS)和雷达高度表(RA)组成。 1.惯性测量组件 该组件由4框架、全姿态惯性稳定平台和相应的设备组成。它们是，万向架结构、陀螺仪、加速度计、电源、平台电子件、接口电子件、内部测试装置、温控循环装置以及各种设备安装件.组件质量25.6kg、体积0.042m3。 3套惯性测量组件(1MU)成排安装在导航基座上。其俯仰轴与航天飞机俯仰轴重合，前端向下倾斜10.6°±0.5°。 IMU用2个加速度计敏感加速度和2个二自由度转子陀螺提供平台的惯性稳定。 陀螺敏感台体扰动并产生驱动平台稳定回路的信号。每个IMU陀螺有2个输出轴，绕垂直于旋转轴的任意轴的角位移会引起绕第三正交轴的转动，它包含着2个轴的转动分量，相应框架被偏转，使陀螺旋转恢复原位。这种应航天飞机运动而产生的框架转动形成平台的惯性稳定。IMU可以在通用计算机控制下，将台体定向到任意姿态，/产生相对于当地法向基准的速度和姿态，为惯性飞行操作提供姿态数据。 IMU的2个摆式加速度计(1个为单自由度，另1个为二自由度加速度计)正交固定在台体上，运动的加速度使加速度计摆锤相对台体产生运动。加速度计敏感此运动，并施一电压予以抵销。将电压转换成脉冲信息累加，并将累加值通过前部信号复合/信号分离器送往计算机。其中1个加速度计敏感沿Z轴的ΔV。 IMU框架由外向里的安装顺序是外滚动框架、俯仰框架、内滚动框架和方位框架。外滚动框架围绕与壳体相连的框轴转动，由陀螺和加速度计组成的稳定元件组装在方位框架上。外滚动框架对内滚动框架是冗余的，它由内滚动框架受到扰动所产生的误差信号所驱动。俯仰框架相对外滚动框架转动90°，并对内滚动框架产生扰动时会使框架倒转。这将使外滚动框架高速转动，可防止出现“框架倒转”（gimbalflip)现象。 系统由操作程序(SOP)和冗余管理 惯性系统在航天飞机制导、入轨和飞行控制中占极重要的地位，它所提供的速度数据是爬高、入轨和再入到黑障区飞行段导航数据的唯一来源。IMU也是全部制导和控制的主要姿态基准。 2、星光跟踪器 2个星光跟踪器(ST)用来在轨道中校准IMU，它们位于乘员舱前部轨道飞行器IMU导航基座左侧延伸部分。这种星光跟踪器是一种捷联、宽视野、图像分析、光电跟踪装置，由光罩和电子装置组成。 星光跟踪器的主要功能是搜索和跟踪50颗最亮的导航星体，获知星光跟踪器与轨道飞行器以及星体在空间的位置关系，便可确定轨道飞行器到星体间的视线矢量。用2个视线矢量可确定轨道飞行器的惯性姿态。星光跟踪器校准.IMU，并提供从轨道飞行器到某目标的角度数据，通过信号复合/信号分离器送往计算机。当IMU误差大于0.5°时，便需用飞行员光学瞄准仪将IMU重新校正到0.5°内，然后再用星光跟踪器精确校正。 3、飞行员光学瞄准仪 飞行员可用飞行员光学瞄准仪(COAS)瞄准发光体。、仪器由一光学瞄准器和发光十字线组成。COAS在IMU误差大于0.5或ST发生故障时使用。它也可用来直观检查点火姿态和ST的工作状态，在轨道对接时，还可用它测量距离和转动速率。 飞行员手动机动轨道飞行器，使发光体落入十字线中心。魂定从COAS到星体的矢量。利用2个星体的视线矢量便可确定轨道飞行器在惯性空间的姿态并与IMU所确定的姿态进行对比并校正。 4、大气数据系统 大气数据系统(ADS)提供轨道飞行器在大气中运动的有关信息，以补充和修正制导、导航和控制软件的计算结果，并通过攻角/马赫数指示器、高度/垂直速度指示器等专用装置向飞行员提供信息，以对轨道飞行器作有效控制。 ADS由位于轨道飞行器两侧的2个可伸展的探测器和4台大气数据传感装置组成。探测器测量环境温度与压力，然后将数据送往大气数据传感装置作进一步处理后供飞行软件使用。 5、塔康导航系统 轨道飞行器装有3台以L波段频率工作的塔康导航(TACAN)组件。组件以冗余方式工作，向地面站提供航程和航向信息。组件的主要部件有收发报机、天线、 TACAN控制寄存器、TACAN控制面板等。 TACAN系统的地面部分是全球导航系统的一部分。一般在离开黑障区进入末区能量管理段后要用几个地面站，在软件中共编入10个TACAN地面站，捕获段：3个站、导航段6个站、着陆场1个站。 6、微波扫瞄着陆系统 微波扫瞄着陆系统(MSBLS)由地面和机上两部分组成。装置具有解码和计算能力；当与目标跑道有关的通道被选定时，MSBLS机上部分从地面站接收仰角、方位和航程数据。系统为着陆提供最后13—16km的准确位置数据，它在末区能量管理、进场着陆和“返回发射场中止飞行”中使用。 轨道飞行器装有3台独立的MSBLS装置。装置由一Ku波段射频装置和一解码器组成。每台Ku波段收发报机用其解码器和计算能力确定轨道飞行器相对于MSBLS地面站的仰角、方位角和距离。系统向轨道飞行器提供高精度三维位置信息进行操纵信息计算，使轨道飞行器沿合适的轨道飞行。 系统的地面部分由2个掩体(仰角掩体和方位/测距装置掩体)组成。前者靠近规定的着陆点，后者靠近跑道终点。跑道两端都设有掩体，因而从两个方向都能着陆。 7、雷达高度表 雷达高度表(RA)是“自动着陆”系统的主要传感装置，它用来在轨道飞行器接近跑道门时，从30m高度到着陆为止的制导。RA可不借助于地面站直接测量高度和数据有效性信息，并将其转换成适当的格式送往专用显示装置和选择滤波器进行有效性试验或计算平均值，供自动着陆模式使用。 轨道飞行器共有2套雷达高度表系统，各带一接收—发射天线。系统是独立的，可同时工作而互不干扰。 工作机理 导航系统进行冗余操作。全部处理过程通过数字数据处理系统进行。传感器均通过信号复合/信号分离器(MDM)与计算机相接，每台计算机被指定命令一条或几条数据母线。飞行计算操作系统(FCOS)以一定的循环率起动执行程序并向MDM发出命令要求提供一组输入数据，通过MDM和数据母线到达计算机的制导/控制硬件数据要由相应的分系统操作软件 (SOP)进行处理。之后将数据送往由冗余管理系统(RM)控制的选择滤波器(SF)并由用户参数处理器(UPP)进行处理。UPP为制导、控制、显示及其它用户计算提供与状态有关的参数。 上述导航部分以6.25Hz高速进行操作，状态测定、UPP数据更新每4s进行一次，用MS—BLS时每2s一次。 制导系统 制导系统从导航系统接收状态矢量信息，从飞行控制系统接收模式离散信息和大气数据系统信号。然后制导系统以航天飞机实时状态矢量为基础确定飞行剖面，计算使航天飞机沿此轨迹飞行的各种指令，并将自动飞行制导输出信号送往飞行控制系统，将操纵信息送往飞行员显示装置。 控 制 系 统 飞行控制系统从导航系统接收姿态和速度数据，从制导系统接收滚动、偏航、俯仰和制动命令以及由飞行员通过手动控制器送来的命令。系统将这些命令以及航天飞机动态信息(姿态、速度、加速度)输入控制方程处理成各种硬件命令(发动机点火、摆动、空气舵偏转命令等)。飞行控制输出命令取决于所要求的姿态、空气舵位置、飞行速度、加速度与实际值之间的差值。 系统有“自动”和“手动”2种模式可供选择。 系统硬件 系统组成见图。 1、速率陀螺装置 系统共有6台固体助推器速率陀螺装置(RGA)和4台轨道飞行器速率陀螺装置。 在上升、再入和中止飞行时，轨道飞行器速率陀螺提供速率偏差和稳定航天飞机的反馈信息并通过飞行层姿态控制指示器速率指针显示。每台装置由3个单自由度速率陀螺组成，敏感滚动、俯仰和偏航速率。该装置需要有5min的预热时间。并用氟利昂冷却回路冷却。 系统用固体助推器速率陀螺提供第一上升段反馈信息和从起飞到固体助推器/外贮箱分离前3s的速率。2台固体助推器各装3台陀螺装置，每台装置只含2个陀螺，用来敏感俯仰和偏航速率。陀螺在助推器分离前2～3s从回路退出。 2、加速度计装置 4台轨道飞行器加速度计装置(AA)用来在上升和再入段提供加速度偏差的反馈信息，用于稳定航天飞机和末区能量管理——进场/着陆升降副翼卸载。 每台装置由2个单轴加速度计组成，敏感横向和法向偏航和俯仰加速度值。加速度计利用摆式光束和光电二极管读出加速度值，装置采用对流冷却，需要有5min的预热时间。 3、转动手动控制器 飞行员可用转动手动控制器(RHC)操纵轨道机动发动机或反作用控制系统发动机，使轨道飞行器绕3个轴转动，轨道飞行器装有3台RHC，指令长、驾驶员工作台、后部工作台各一台。每个转动控制器有9个传感器，3个一组地敏感俯仰、滚动、偏航偏转。传感器产生一与RHC偏转成比例的电信号。3个传感器各以1、2、3通道为代号，通道由冗余管理软件选择，每个通道由相应驱动器的电源供电。 4.位移手动控制器 位移手动控制器(THC)控制反作用控制系统，使轨道飞行器沿3个轴移动。轨道飞行器共有2个位移手动控制器，各安装在指令长和后部工作台上，每个THC有6个3接点开关，3个轴正负方向各1个。 5.人—机接口 飞行员通过以下装置与飞行控制系统接口。它们是：飞行控制系统按扭指示器、轨道数控自动驾驶指示器、事件指示灯、姿态控制指示器、阴极射线管及键盘。 6.上升段推力矢量控制器 系统有4个上升段推力矢量控制器(ATVC)。制导系统的指令送至ATVC驱动器后，驱动器再将与指令成比例的电信号送往各主发动机和固体助推器伺服作动器。 7.主发动机/固体助推器伺服作动器 该作动器由4个独立的二级伺服作动器组成。它们接收从ATVC而来的信号。每个作动器都有4个二级伺服作动器阀门，由它们控制伺服作动器内的一个滑阀，滑阀确定作动器的位置以及相应的发动机的位置。飞行控制系统向4个二级伺服阀门发出4个相应的指令，由它们的综合作用确定阀门位置，以防错误指令影响作动器动作。如错误指令时间超过指定值，则有故障的阀门液路就会被隔离而利用其它通道和阀门控制作动器滑阀。 8.反作用控制系统 反作用控制系统(RCS)由38个主推力器和6个游动推力器组成。主推力器用来作主要的转动和全部位移机动，每个主推力器推力3870N、最短点火时间80μs。游动推力器用作微调，推力106N、最短点火时间亦80μs。 反作用控制系统数控自动驾驶仪(见前图)以12.5Hz速度工作。状态测算器以从姿态处理器而来的姿态增量为基础计算姿态和姿态转动率，由喷管选择逻辑/喷管点火指令导出角速率增值。姿态处理器从惯性测量组件接收主要输入信号。测算的姿态和速率与转动指令相对比，进行处理后将偏差信息送往飞行段控制器。根据抛物线和线性转换曲线确定喷管点火时间并产生转动指令，选择适当的喷管点火。 9.轨道机动系统 轨道机动系统(OMS)有2台轨道机动发动机，每台推力26.69kN，发动机可以摆动并由双冗余俯仰和偏航作动器控制，俯仰作动器轴线与轨道飞行器X-Y面呈 15.9°夹角，偏航作动器呈0.5°夹角。 采用自动推力矢量控制时，由交叉操纵功能产生一速度操纵指令(代表预定速度方向的制导指令矢量和实际速度增量矢量间的差值)，进行适当的滤波和换算后将速率偏差操纵信号送往推力矢量控制滤波器和微调积分仪，产生作动器位置指令。OMS与RCS形成一闭环的控制系统以免因OMS/RCS故障而产生较大的姿态和速率偏差。 10.空气舵 轨道飞行器有7个空气舵。4个升降副翼上下偏转作俯仰机动，两侧升降副翼向相反方向偏转作滚动机动。襟翼位于后机身尾部下侧，再入时为3台主发动机提供热防护，进入大气后提供俯仰修正，减小升降副翼的转角。方向舵/减速板同时向左或向右偏转时作偏航机动；向相反方向开启时，增加气动阻力使飞行器减速。 空气舵伺服放大器 空气舵伺服放大器(ASA)从控制系统软件接收命令并使作动器液压阀门置位。ASA从空气舵接收反馈信号与位置指令，加工后提供一伺服回路，接通升降副翼、方向舵/减速板等4个独立回路中的一条回路。襟翼用3条伺服回路，共有4条飞行控制通道(ASA+作动器伺服阀门+反馈信息传感器+ASA)，4个ASA用氟利昂冷却回路冷却。 空气舵伺服作动器 各空气舵由专用伺服作动器摆动。由轨道飞行器液压系统提供液压，由转换阀门选择主液压源，其它作备用。 每个伺服作动器各从4个ASA接收4个指令信号，每一伺服通道由1个二级伺服阀组成，阀驱动调制活塞。4个活塞沿一共同轴累加，并对此机械轴产生一定位滑阀的力。由滑阀控制送往作动筒的液压工质流量，控制作动筒移动的方向，从而将空气舵置于所要求的位置。到达理想位置时，动力线圈将作动筒锁定在该位置上。如4条伺服控制通道中有1条发生故障时，电磁隔离阀门就会从有故障的通道移走液压，使液压旁通。 每个伺服作动器作动筒有4条线位移传感器和4个辅助压差传感器。线位移传感器为 ASA相应的回路提供位置反馈信息，并与伺服回路的位置指令信号相加。作动筒辅助压差传感器的信息相加产生一与差值信号成比例的电动—液压阀门驱动电流，使作动器定位。 软件系统 由飞行控制软件选择操作程序/主模式，对航天飞机进行控制。机载计算机装订的操作程序/主模式如图、表所示。 数控自动驾驶(DAP)软件由上升推力矢量控制(ATVC)、主推进系统(MPS)命令处理、固体助推器处理、空气舵控制和再组态逻辑组成；GNLC一制导、导航和控制 DAP产生加速度变化、微调、升降副翼卸载程序，DAP再组态逻辑是飞行控制软件的辅助软件，它应控制模式变化、故障状态变化和事件发生的状况，产生数控自动驾驶和制导/操纵模式排序和初始化所需要的指示符。姿态处理与制导和操纵软件接口为后者提供实时姿态信息，进行飞行控制计算并消除指令姿态与实际姿态间的误差。 备用飞行控制系统 备用飞行控制系统(BFC)只在特别紧急的状况下起用。它由第5台通用计算机控制并采用独立的软件，所采用的控制方程与主飞行控制系统相似，但它是一种单字符串飞行控制系统。这样可以避免产生与主计算机或主系统软件同样的问题。BPC与主飞行控制系统同时工作，但禁止信号输出，系统由宇航员手动起动。 辅助动力装置系统 系统由3套独立的辅助动力装置(APU)组成。APU是一种用肼作推进剂，为轨道飞行器液压泵提供机械传动力的装置。3套APU及其燃料系统虽相互隔绝，但3套液压系统却是压力连通的。这样便可保证在1台APU或1套液压系统出故障时，由其它2套来调节总的液压载荷。第2套系统再出现故障时，第3套系统尚可产生足够的液压动力，但以降低的速率驱动全部作动器。 3套APU/液压泵系统在发射和助推段工作。它们为3台主发动机提供推进剂阀门控制、主发动机推力矢量控制、助推段升降副翼气动卸载控制。除轨道检测外，APU/液压泵系统在轨道飞行期间是不工作的。它们在出轨前起动作出轨检测。在再入、着陆和进场的大气飞行段为轨道飞行器空气舵作液压定位，为起落架释放、控制、制动提供液压动力。 APU位于轨道飞行器尾部机身。每套APU由燃料箱、燃料分配和加注系统、APU控制器、排气管路、润滑油冷却系统、燃料/润滑油排泄孔和管路及温控系统组成。电加热器系统和隔热装置将系统温度控制为7.2℃，以防燃料冻结、保持油的粘度，并将APU工作时向轨道飞行器散射的热量减至最低。电子控制器负责APU射前关键状态参数的测试、APU工作控制 (起动、速度控制、关机、冗余管理)和APU工作前和停止工作后的温度控制。燃料分配和加注系统包括过滤器、燃料流量控制阀门、加注、排泄耦合器和测试耦合器。APU在超出极限转速时自动关机。每台APU功率为99.3～108.9kW。 系统共有3个燃料箱，每个装肼158kg，燃料箱隔膜一侧为增压氮气，它正推隔膜将肼在 0.55～2.45MPa压力下送往燃料泵入口，由燃料泵将压力增加到10.3MPa。高压燃料通过燃气发生器控制阀门后送往气体发生器。气体发生器在8.65MPa下将燃料催化分解为气体。然后气体被送往1台二级涡轮。涡轮废气冷却燃气发生器后被排出APU外。当涡轮达到额定转速后，由气体发生器控制阀门、电子控制器和速度传感器将转速控制在土8％之内。涡轮轴上装有3台冗余的速度传感器，为电子控制器提供脉冲速度信号，涡轮的第一额定工作速度为 75000r/min。如果第1模式速度控制失败则自动起动81000r/min的第2速度控制模式。第2模式也可在要求APU有更大的承载能力时通过手动起动。如果第2控制模式也失败了，则会自动起动83000r/min的备用控制模式。如果两种模式均失败时，APU就会在转速达93000r/min时自动关机。 转动的涡轮通过齿轮箱驱动燃料泵、润滑油泵和液压泵。齿轮箱的设计以活塞蓄油器为特点。蓄油器容量可变，蓄油器同时也是齿轮箱壁，使润滑油系统可在任意姿态和零重力状态下工作。齿轮箱润滑油流经液压系统水喷射蒸发器进行冷却。 气体发生器冷却系统用于热再起动。3个气体发生器共用一氮气正推水箱。燃料泵水冷却系统在APU在轨关机后起动，以防因吸热在燃料系统中产生气体。该系统为双冗余系统，每套由氮气正推水箱、管路、控制阀和水喷射器组成。 每个APU宽45cm、高55cm、长50em。APU的无维护工作时间为50h，气体发生器寿命 20h，如更换催化装置，则可延长至60h。 液 压 系 统 系统由3套独立的液压系统组成。每套各由用于产生、控制、分配监控和使用液压的组件组成。轨道飞行器可用3套液压系统中的任意2套来完成从主发动机关机到出场的任务。但是在最恶劣的下降条件下要求用2套系统提供空气舵最大转动速率。因而液压系统只能达到故障安全，而不是故障工作/故障安全。 每套液压系统由各自的泵、油箱、油冷却器、控制器、显示及分配系统组成。系统由辅助动力装置APU驱动的20.6MPa变排量泵提供液压。 发射前，轨道飞行器利用机上电动循环泵提供液压，直到APU起动。上升段由APU—驱动泵提供液压，进行主发动机摆动和阀门控制。上升段结束后，在外贮箱分离前，脐带收进轨道飞行器，APU在推进剂排泄后关闭。各系统的在轨温控由电加热器和低压/低流量电动循环泵完成。在出轨/再入段由APU驱动液压泵提供空气舵操纵液压动力，脐带回收，主发动机摆动和控制液压液路关闭。系统在着陆前为起落架开锁、下放和着陆后的刹车—止滑系统提供液压。 液压动力系统 液压泵 系统采用变排量液压泵。每台变排量液压泵装有电动减压阀，由各自的压力开关进行控制。在APU起动前，需使开关处于“低”挡位置。开关置于“低”挡时，减压阀打开，油泵出口压力由正常的19.91～21.28MPa降为3.43～6.86MPa。APU起动后压力开关从“低”位进到正常压力位置，压力恢复到正常值。APU处于额定转速，油泵工作压力为20.03MPa时，油泵排量为0～0.238m3/min；APU高速转动，油泵压力为20.7MPa时，油泵排量为0.263m3/min。 过滤器组件 每套液压系统中，除了液压泵壳体排油和通往油箱的油管路中各装有一过滤器外，还装有一过滤器组件，过滤进入和排出液压泵的液压工质。组件装有监控油泵出口压力的压力传感器，当油压超过26.43MPa时，组件的高压安全阀门将高压油排放到回油管路中以降低油压。 水喷蒸发器 各液压系统的回油管路均通往各自的水喷蒸发器，3台水喷蒸发器在发射前、助推段、在轨测试、出轨、再入、进场着陆过程中为各自的液压系统和APU润滑油系统提供膨胀吸热。在通向水喷蒸发器的回油管路上装有液压工质控制阀门。它在液压工质压力超过329.5kPa时打开，只允许在通过水喷蒸发器的压差为343.2kPa时，每分钟通过0.162m3工质。否则便会在出现0.236m3/min峰值流量时使压降加大9倍，而影响液压系统的工作。系统还装有温度控制器分流阀。温度上升至98~C时，分流阀使工质通过水喷蒸发器进行冷却。 油箱 各液压系统回油管路上的油箱向主液压泵和循环泵提供液压工质。油箱内装有一个油箱一侧和蓄压器一侧的面积比为40；1的活塞，它由系统的液压作动，向主液压泵和循环泵提供增压的工质。油箱的MIL-H—83282液压工质容量为30321cm3。油箱设减压阀，在压差达 833.8kPa时卸压，以防油箱超压。 蓄压器 活塞蓄压器用来阻尼压力脉动并将主液压泵和循环泵的压力脉动降至最低，蓄压器在11.33～12.03MPa压力下，预加注243cm3氮气。液压工质的容量为129cm3。 定压阀在高空起动状态下自动关闭，拦截积聚的液压，使油箱以正压向主液压泵和循环泵送油。每个蓄压器均设有地面操作泄压阀。 循环泵 电动循环泵用于液压工质的温控。循环泵由高压和低压二级齿轮泵组成。齿轮泵由备有自主式变换器的28V直流感应电机驱动。油流入泵前绕流电子组件再通过电机以防电子件过热。低压级在2.4MPa压力下每分钟输油10.9L。循环泵在发射前到APU起动前使液压工质保持在要求的温度范围内；轨道中通过从主动温控系统氟利昂21冷却回路/液压热交换器向液压系统传热的方法对液压工质进行轨道温控；着陆/出场，APU关机后，循环泵通过水喷蒸发器控制工质升温。 隔热物和电加热器 在不适用循环泵进行温控的油滞区，采用隔热物和电加热器，在机身襟翼差分齿轮箱、方向舵、减速板混合齿轮、4个升降作动器、尾部机身襟翼A和B密封腔排泄管和方向舵、制动器排泄管都装有电加热器。 伺服作动器 4块升降副翼各由平衡活塞伺服作动器驱动并由4个电动液压伺服阀(4通道)控制。伺服阀合力驱动作动器动力滑阀。方向舵/减速板和机身襟翼由伺服控制液压马达操纵和机械传动作动器驱动。 主发动机推力矢量控制由线性平衡活塞伺服阀提供，俯仰轴和偏航轴各1个。伺服作动器由4个与作动器组装在一起的电动液压伺服阀(4通道)控制。 主起落架区装有主起落架支杆和上位锁线性作动器、主起落架和前部起落架控制阀以及主起落架刹车/防滑阀门。前轮区装有前轮操纵作动器、前着陆架支杆作动器和上位锁线性作动器。 轨道飞行器、外贮箱推进剂脐带由靠近轨道飞行器下部蒙皮的主推进剂管路附近的液压作动器收回。 环境控制和生命保障系统 环境控制和生命保障系统由大气更新系统、主动温控系统、食品、水、废物处理系统和气闸保障系统组成。 大气更新系统 系统由乘员舱空气回路、水冷却回路和大气压力控制系统组成。系统在执行任务过程中连续工作，为乘员和机载电子设备提供空调环境。其主要功能是：(1)大气压力控制；(2)湿度、二氧化碳、气味和温度控制；(3)电子设备温控；(4)冷却出舱活动乘员液体冷却套；(5)对机载空间实验室进行空调。 空气回路 乘员舱布有送气和回气的管路，舱内空气经300μm过滤器过滤后用1—2台风扇排出舱外，并送往氢氧化锂容器除去二氧化碳，用活性碳除去异味和微量污染。之后空气被引向热交换器，由水冷却回路冷却，分离湿气水分后送回乘员舱，并将湿度控制在3.8～16℃露点范围内，温度调节在18—26℃之间。此外乘员舱还设有专门用于冷却3个惯性测量组件和3个电子仪器舱的空气回路。 各电子仪器舱均设有电子件空气冷却组件，它由2台风扇，若干个单向阀门、1台热交换器和相应的管路组成风扇分离器、热交换器、废水箱、氢氧化锂过滤器、一氧化碳组件均置于舱底。 4人乘员组任务中，氢氧化锂箱每12h置换一次，一氧化碳装置每飞行一次置换一次。 水冷却回路 回路系统通过空气、水热交换器吸收热量，并用将水冷却回路的热量传递给氟利昂冷却回路的方法来调节乘员舱的温度。 系统设2条并排布置的回路，它们可同时或单独使用。水从水泵流出后进入3条平行的管路，经过各电子设备冷却板后合并一路通往水/氟利昂热交换器，将热量传送给氟利昂冷却回路。水冷却回路设有流量调节孔。 系统保证从再入到着陆，直到乘员出舱后15min乘员舱温度不超过32℃。 压力控制系统 乘员舱由压力控制系统增压到101.3± 1.37kPa，并保持70％氮气和21％氧气的比例。氧气由超临界低温氧气瓶供给系统和急用氧气供给系统提供，氮气由位于中部机身底舱前部的氮气供给系统提供。系统设有保护舱体结构的正、负压力安全阀门。正压安全阀门使舱内外压差保持为106.9～110.4kPa，负压安全阀门将舱体压差限制在6.8kPa以下。 主动温控系统 主动温控系统由氟利昂冷却系统、电子件冷却板网络以及3个散热器(辐射器、速蒸蒸发器和氨沸腾器)组成。 主动温控系统在整个任务期间为轨道飞行器散发热量。地面操作阶段(测试、射前、着陆后)由氟利昂冷却回路的热交换器和地面冷却系统散发轨道飞行器热量。 T+125s时起动速蒸蒸发器，散发由氟利昂冷却回路来的轨道飞行器热量。蒸发器一直工作到有效载荷舱门打开。舱门打开后，连接在前部舱门的辐射器板展开，散发热量。当热载荷超过辐射器散热能力时，速蒸蒸发器自动起动，轨道作业后辐射器收回，有效载荷舱门关闭，准备再入，此时速蒸蒸发器重新开始工作。从36.58km高度起开始用氨沸腾器散发氟利昂冷却回路热量。 氟利昂—2l冷却回路系统 系统有2套完全相同的回路，2套回路同时工作，当其中1套出现故障时，另1套仍可维持低动力再入。每套回路有2台氟利昂冷却泵，l台工作、1台备用。回路还各有一供氟利昂热膨胀，为冷却泵施加一正吸压头的蓄液器。 辐射器 辐射器由前部4块可展开的辐射板、后部4块固定辐射板和2个辐射器流量控制装置组成。上升和再入时，前部4块辐射板由6台马达驱动并锁定在有效载荷舱门上。入轨后舱门打开，由马达驱动/转矩/管杆装置将辐射板以33.5°夹角打开，辐射板正反两面均暴露于空间以增加辐射量。后部4块辐射板用球头连接装置固定在2扇有效载荷舱门上。 辐射板由3.2m宽、4.59m长的铝合金蜂窝面板组成。前部辐射板正反两面均覆有2.2cm厚的面板。每块面板内表面粘接有68根内径为0.332cm的纵向管路。管路间隙4.82cm。面板外表面尚粘有镀银泰氟隆带。后部固定辐射板只一面覆有芯体高度为L 27cm的蜂窝板，且只在暴露面布有管路并粘贴镀层。辐射板只设26条间隙12.5cm、内径0.45cm的纵向管路。 辐射板与2条氟利昂冷却回路相连接，氟利昂旁通辐射器，由流量控制器将辐射器出口温度控制为3.3℃。超过4.4℃时，速蒸蒸发器自动起动。 速蒸蒸发器 系统共有2台速蒸蒸发器。上升和再入时同时起动，轨道工作时只起动1台。当其中1台出故障时尚可低动力再入。 温热的氟利昂—21液流从冷却回路流经蒸发器散热芯。散热芯一端的喷嘴向散热芯的内芯喷水，水蒸发成汽，冷却氟利昂—21。 氨沸腾器 沸腾器为薄壳管形件，共有2条氨通路。氟利昂冷却回路从氨管路上方通过，得到冷却。调节氨流量使氟利昂—21温度保持为1.1℃。 食品、水、废物管理系统 系统为宇航员提供基本生活保障。 食品管理系统 轨道飞行器备有食物贮藏、备餐和就餐用的各种设备，正常工作日每天为宇航员供3顿正餐和小吃，再入时只供一顿正餐。此外还有96小时的压缩食品。系统是按2人1天到7人30天的方案设计的。 水管理系统 系统为宇航员提供449kg饮用水。饮用水由燃料电池产生，每小时最多可生产5.89kg水。由燃料电池产生的富氢水通过氢收集器除去水中95％过剩的氢气。收集器由一组对氢气有亲合力的银钯合金管组成。所收集的氢气通过排气口排出机外，水送往由6个水箱组成的水系统。系统设有水冷却器，可选用温水或冷水。冷却器将热量反射给空气冷却回路。 废物处理系统 废物处理系统在失重环境下收集、处理和存贮固体和液体废物(大小便、呕吐物、汗、厨房废水、废纸等)。 废液处理装置从尿液收集器、卫生台和舱外活动组件收集废液。尿收集器为一带有杯状容器的软管。空气/液体混合物被送入风扇分离器，空气由细菌过滤器过滤后送回乘员舱，废液泵入废液箱。 固体废物处理装置由便桶、风扇分离器和由投掷器、盖板和脚蹬组成的贮存器组成。便桶每小时最多可用 4次，可存贮210人天的真空抽干粪便和废纸。 废物收集装置的工作过程是：打开阀门控制器，起动马达。当投掷器转速达1500r/min时，铰刀向外展开。前推门阀控制器打开门阀，由镇重气流 (ballastair)将粪便送入便桶，刀具将粪便切碎，甩入便桶内壁。薄纸向投掷器刀具上部移动，然后收集到收集器底部。镇重气流通过碎物过滤器和水过滤器后通往风扇分离器。当控制系统开关打到呕吐位置时，刀具转速减慢，刀具不展开，呕吐袋进入便桶。便桶不用时由真空排气系统将废物内的水分收干并灭菌。 气闸 气闸是乘员从座舱进入有效载荷舱或出舱活动的必经通道。安装气闸后出舱活动时，乘员舱便无需再减压。 气闸长2.1m、内径1.6m、容积4.24m3，有2扇直径为1.01m、宽0.91m的D型开口、2扇压力密封舱门及各种配件。 通过舱门的平衡阀从气闸内部或乘员舱中层对气闸增压以平衡乘员舱和气闸间的压力。从气闸内部向机体外排气进行泄压。 气闸最多可提供7h的舱内外活动能力，气闸保障系统可提供气闸增压或减压、舱外活动设备充电、液体冷却套水冷却、预呼吸保障、舱外活动设备检测、通信等服务。 舱外活动供应站为舱外活动组件提供氧气、进行废水处理和电池充电。由大气更新系统向供应站充填板供氧、供水。处理的废水送往废水处理系统。在出舱活动中通过服务/冷却脐带向舱外活动组件供氧、供气、供电并进行通信，由液体冷却套系统通过脐带和热交换器，向乘员提供冷气并将吸收的热量传输给氟利昂冷却回路。舱外活动组件罩有冷却套，套内布有很多冷却循环软管。 轻便供氧系统 每一乘员备有一轻便供氧系统以备在乘员舱大气受污染、舱外抢救、着陆后轨道飞行器四周大气受污染时紧急供氧以及出舱活动时作预呼吸用。 系统由面盔、再呼吸回路、热交换器、氧气瓶、二氧化碳吸收和冷凝液收集器组成。系统可独立工作或与大气更新系统连接使用，系统尚设有一为面具提供通信的电缆。 宇航服 1、研制飞行时，宇航员必须在上升和出轨再入时穿戴弹射逃逸服，该服质量约10kg，由增压服外罩、头盔，手套和靴子组成。增压服是一种双层连体服。 2、耐过载服质量2.2kg，可帮助血液循环并防止承受过载时出现脱水现象。正式飞行中宇航员必需穿耐过载服再入。在研制飞行中必须与弹射逃逸服配合使用。 电 源 系 统 电源系统由反应剂存贮和分配系统、产生电力的燃料电池装置和配电系统组成。 反应剂存贮和分配系统 系统为3个燃料电池装置提供反应剂，为环境控制和生命保障系统提供乘员舱增压用氧气。氢和氧在超临界条件下贮存在双壁、真空隔层的绝热球形瓶中，每一贮瓶都设有多层绝热装置和用来在减压时为反应剂补充能量、进行压力控制的加热器。贮瓶具有测量反应剂剩余量的能力。系统在 6.18MPa下供氧，在1.72MPa下供氢。到燃料电池装置后压力调节为 0.38～0.44MPa。加热器由测量和控制装置控制，每个贮瓶都装有过滤器、单向阀门和安全阀门。重要功能均按双冗余设计，配有双冗余组件。系统的断流开关可使任一贮瓶向任一燃料电池装置或环境控制生命保障系统输送反应剂，或在分配歧管处隔离故障。3对杜瓦瓶装液氢125.03kg，液氧1061.38kg。每个液氧杜瓦瓶还装有25.37kg环控生保系统用氧，此外还带有一部分紧急备用反应剂。 燃料电池装置 3个燃料电池通过化学反应产生28V直流电，在起飞后为航天飞机供电。发射前由地面设备电供。3个燃料电池装置各与反应剂分配系统、排热系统和配电系统相接。燃料电池装置还产生副产品——热和水。热量直接传至燃料电池热交换器，过剩的热量由氟利昂冷却回路带走，水送往饮用水系统。 燃料电池可重复使用并再起动。 每个燃料电池装置由发生化学反应的电源段，以及与其相接的密集附件段组成，由后者监控电源段的性能。 每个电池的电源段或电池堆由2个串联32个电池的并联于堆组成。电池含电解液氢氧化钾和水、氧电极(阴极)和氢电极(阳极)。反应剂进入电池装置，由预加热器加热到4.4℃或更高的温度后经过滤器进入组合式双气体调节器组件。 从电池堆引出的，由反应产生的氢和水蒸气与由反应剂存贮分配系统来的氢混合后进入冷凝器。其废热被输往燃料电池冷却系统，温度降低，蒸气冷凝为水。用离心泵将水分离并送往饮用水系统。 燃料电池冷却系统采用液态氟化烃(FC—40)作致冷剂，系统将来自燃料电池的废热通过燃料电池热交换器传输给中部机身氟利昂—21冷却回路。经过内部温控将电池堆的工作温度保持在93℃左右。 每个燃料电池质量91kg、长101cm、高43cm、宽35cm。系统连续功率为14kW，峰值功率为24kW，电压27.5～32.5V。平均功率为4.5kW时，电池的维护寿命为2000h或9000kWh。功率提高时寿命以非线性比例下降，当平均功率为6.7kW时，寿命降低一半，为1000h或 6700kWh。 配电系统 燃料电池产生的直流电输往配电系统3条主母线。每个燃料电池通过位于配电装置内的电源控制器(由直流电机驱动的500A遥控开关)与相应的母线相接。配电装置向位于轨道飞行器各部位的电源控制器装置(PCA)的母线供电。电源控制器装置和负荷控制器装置(LCA)用遥控开关装置配电。PCA装有电源遥控器，它们是一些固态遥控开关装置、用来分配20A的负荷和作远距离转换中继。LCA装有混合电路装置，由固态逻辑开关和5A或低于5A的遥控开关组成。 另有3条特种母线，由飞行层显示和控制开关控制。向失效的主直流或交流母线和重要的非电源系统负荷和开关供电。 相应于12kW和2kW功率的燃料电池额定电压为22.5～32.5V，主母线额定电压为27～32V。 每条直流主母线向3个固态、单相换流器供电。这样共有9个换流器组成1个换流器系统，将直流电转换成交流电后送往交流母线，由这些母线向飞行层和中层显示和控制面板、有效载荷舱释放机械、有效载荷、主发动机控制器和有效载荷舱门送电。 轨道飞行器共有10个马达控制器装置用来向排气盖、大气数据装置舱(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/14/2005)