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磁力轴承支持空间站洗涤器

时间:2023-10-23   访问量:112

国际空间站是一个独立的轨道栖息地,这意味着保持健康的环境至关重要。一个关键系统是从空气中去除二氧化碳的装置。如果 CO 2积聚过多,可能会对船员造成伤害,甚至致命。

 

最近,国际空间站上安装了一台新的洗涤器,它采用了一些先进的气流技术。该鼓风机每分钟可在二氧化碳吸收材料床上移动高达 40 立方英尺,它使用磁力轴承,而不是空间站原始洗涤系统中使用的空气轴承。Calnetix Technologies 的业务开发总监工程师 Matthew Farides 表示,这应该会提高系统的可靠性,该公司为 NASA 制造了新型鼓风机。

 

“空气轴承在多次启动和停止或空气过滤不当时容易磨损,”法里德斯说。“虽然与空气轴承相比存在重量和尺寸损失,但磁力轴承只要通电就不会磨损任何部件。磁力轴承还可以更容易地承受压力波动,并且可以在较低压力下可靠地工作,如果配置用于近真空操作,则可以实现近真空操作。”

美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心建造了四床二氧化碳洗涤器,它使用商业吸附材料来过滤国际空间站空气中的二氧化碳。与之前的系统相比,新的洗涤器有望降低功耗、提高热稳定性并延长吸附材料的使用寿命。该设计还具有可更换的空气过滤器,这在食物颗粒甚至剥落的皮肤可以无限期悬浮在空气中的环境中非常重要。

 

该洗涤器目前正在进行演示,但经过一年的试验后,它将永久集成到空间站的生命支持系统中。

 

Farides 表示,Calnetix 制造磁力轴承已有 25 年历史,但 NASA 的鼓风机设计概要颇具挑战性。Farides 表示:“Calnetix 需要将多种技术结合并集成到交钥匙解决方案中,包括磁力轴承、表面安装永磁电机、压缩机叶轮和蜗壳、电机和鼓风机外壳(以及相关的冷却设计)。” 磁轴承控制器和变速电机驱动电子设备也需要集成在通用电子控制器内。

 

“调整大小、打包和集成工作需要花费数年的大量工程工作,”法里德斯说。

 

此外,与该公司迄今为止合作的地面应用不同,太空设计意味着必须解决涉及发射时的振动和冲击、电磁干扰以及电力质量波动的问题。

 

法里德斯说,失重——也是与地球的一个主要区别——不是什么问题。虽然地球上的磁力轴承考虑了恒定的引力作用,但轨道不需要这种补偿,因此从某种意义上说,太空任务更容易。


 

Farides 指出,鼓风机需要以非常高的速度运行(高达 60,000 rpm),这使得可靠性变得更加重要。“对于转速来说,这已经相当‘快’了。” 法里德斯说道。“60,000 rpm 的转速比高性能车辆中标准汽油发动机的红线快约 10 倍。”

 

虽然可靠性对于近地轨道很重要,但对于持续时间较长的任务来说也是必不可少的。NASA 的目标是在 2024 年底之前发射载人登月任务“阿耳忒弥斯二号”,而火星探险是该机构长期计划的一部分。如果 CO 2洗涤器在其中一项任务中发生故障,机组人员将不得不放弃任务并尽快返回地球,就像阿波罗 13 号的情况一样。杰弗里·温特斯 (Jeffrey Winters) 是《机械工程》杂志的

 

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