本发明专利技术涉及一种航天器在轨液体工质取样装置及方法，取样装置包括取样壳体，所述取样壳体内设有囊式阻隔结构，所述囊式阻隔结构将所述取样壳体的腔体分隔成相互密封的第一气侧和第一液侧，所述取样壳体上分别设有第一气侧连接口和第一液侧连接口，所述第一气侧连接口与所述取样壳体的第一气侧对应布置，所述第一液侧连接口与所述取样壳体的第一液侧对应布置。本发明专利技术航天器在轨液体工质取样装置可实现液体系统在轨取样容积的精准控制，可获得比较精准的取样容积。较精准的取样容积。较精准的取样容积。
【技术实现步骤摘要】
一种航天器在轨液体工质取样装置及方法
[0001]本专利技术涉及航天器在轨取样相关
，具体涉及一种航天器在轨液体工质取样装置及方法。
技术介绍
[0002]航天器上有多个液体回路，使用水、乙二醇、全氟三乙胺等工质作为散热介质，为空间站的发热产品散热。液体回路中有管路、泵、传感器、过滤器、储液器、阀门等多个部组件，使用不同的材料和液体工质接触，在长期使用过程中，液体回路内的液体工质会发生一些特性的变化，例如酸碱度变化、杂质增多、微生物滋生等，因此需要隔一段时间对液体回路的液体工质进行取样，对取样的液体工质进行详细分析。
[0003]对于液体回路，需要在运行期间保证液体工质充满整个回路内部。此外，液体回路一般布置有一个或者多个储液器，作为额外的工质预备。当发生取样等操作或者泄漏等情况时，为液体回路提供液体补充。因此要求取样的液体工质量不能超过储液器的容量。
[0004]在轨取样时，一般依靠液体回路内部的压力将液体压入取样袋中。由于取样袋一般为柔性结构，无法通过取样袋的观测判断取样容积，因此对于有取样量要求的取样操作时，需要液体回路储液器能够通过液位传感器进行液位的判读。
[0005]对于具有液位传感器的储液器，在取样时要时刻关注储液器的液位情况，根据液位下降情况来判读取样量。此时需要频繁多次进行取样的操作，每次取样时间控制要求较高，避免出现一次性取样过多。整个取样过程完全依靠操作人员的经验，有一定的可能性会出现操作不当导致取样过多的情况。对于没有液位传感器的储液器，整个取样过程更是完全依靠操作人员的经验，无法准确控制取样量。
技术实现思路
[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种航天器在轨液体工质取样装置及方法。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种航天器在轨液体工质取样装置，包括取样壳体，所述取样壳体内设有囊式阻隔结构，所述囊式阻隔结构将所述取样壳体的腔体分隔成相互密封的第一气侧和第一液侧，所述取样壳体上分别设有第一气侧连接口和第一液侧连接口，所述第一气侧连接口与所述取样壳体的第一气侧对应布置，所述第一液侧连接口与所述取样壳体的第一液侧对应布置。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术航天器在轨液体工质取样装置可实现液体系统在轨取样容积的精准控制，可获得比较精准的取样容积。对于具备储液器液位判读功能的液体回路，本专利技术在取样过程中，不需要多次判读液体回路储液器液位数据，不需要多次频繁的小规模调节取样，将取样装置气侧压力设置好以后，稳定以后的取样容积即为所需的取样量，减少了航天员和地面的多次操作和判读，并且避免了因操作失误导致取样过多的风险。本专利技术可适用于不具备液位判读功能的液体回路及相关产品，不依赖于航天员的经验操
作，可解决没有液位判读功能的液体回路的精准取样问题。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0010]进一步，所述第一气侧连接口处设有第一气侧快断接口，所述第一液侧连接口处设有第一液侧快断接口。
[0011]采用上述进一步方案的有益效果是：可以通过取样壳体上的快断接口实现与液体回路等的快速连接，且断开后具有良好的密封性。
[0012]进一步，所述囊式阻隔结构位于所述取样壳体的中部。
[0013]采用上述进一步方案的有益效果是：将囊式阻隔结构设置在取样壳体的中部，可以将取样壳体阻隔形成气侧和液侧，方便取样或取样液体的排出。
[0014]进一步，所述取样壳体采用刚性结构，所述囊式阻隔结构采用弹性非金属材料制成。
[0015]一种航天器在轨液体工质取样系统，包括所述的取样装置，还包括辅助管、真空设备以及充气设备，所述辅助管两端分别设有与所述第一气侧连接口以及所述第一液侧连接口适配的快断接头。
[0016]本专利技术的有益效果是：本专利技术利用真空设备和充气设备，利用液体回路的基本压力和温度参数，通过控制取样壳体气侧压力，可以实现按需取样、精准取样。
[0017]进一步，还包括实验柜，所述实验柜上设有氮气接口和真空接口，所述真空设备和所述充气设备均设置在所述实验柜内，所述真空设备和所述充气设备分别与所述真空接口以及所述氮气接口连通。
[0018]一种航天器在轨液体工质取样方法，包括以下步骤：
[0019]S1，使用辅助管将取样壳体第一液侧的第一液侧连接口与真空设备的真空接口连接，取样壳体内的囊式阻隔结构在压力作用下，将第一液侧的容积压到最小，此时第一液侧为真空状态；
[0020]S2，使用辅助管将取样壳体第一气侧的第一气侧连接口与充气设备连接，通过充气设备调节取样壳体第一气侧的压力，第一气侧的容积为最大容积；
[0021]S3，将取样壳体的第一液侧连接口接入液体回路后，受到液体回路中储液器的压力，取样壳体的第一液侧有液体进入，囊式阻隔结构向第一气侧运动，压力平衡后，将取样壳体的第一液侧连接口从液体回路断开；
[0022]S4，将取样壳体第一液侧的液体转移到取样袋中，根据气体状态方程并通过控制取样壳体第一气侧压力获得目标取样体积。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术航天器在轨液体工质取样方法可实现液体系统在轨取样容积的精准控制，可获得比较精准的取样容积。对于具备储液器液位判读功能的液体回路，本专利技术在取样过程中，不需要多次判读液体回路储液器液位数据，不需要多次频繁的小规模调节取样，将取样装置气侧压力设置好以后，稳定以后的取样容积即为所需的取样量，减少了航天员和地面的多次操作和判读，并且避免了因操作失误导致取样过多的风险。本专利技术可适用于不具备液位判读功能的液体回路及相关产品，不依赖于航天员的经验操作，可解决没有液位判读功能的液体回路的精准取样问题。
[0024]进一步，S4中，根据气体状态方程计算得到取样体积包括：
[0025]取样体积V＝V
11
‑
V1＝V2‑
V
21
＝V
31
＝V4‑
V
41
+V3，其中，V为目标取样体积，V
11
为平衡状
态下储液器第二气侧体积，V
21
为平衡状态下储液器第二液侧容积，V
31
为平衡状态下取样壳体第一液侧容积，V
41
为平衡状态下取样壳体第一气侧容积，V1为初始状态下储液器第二气侧体积，V2为初始状态下储液器第二液侧体积，V3为取样壳体第一液侧在真空状态下第一液侧的体积，V4为取样壳体第一液侧在真空状态下第一气侧的体积；
[0026]根据气体状态方程，可以获得液体回路中储液器第二气侧的关系式一为P1V1＝PV
11
＝m1RT，式中，m1储液器第二气侧气体质量，R为气体常数，T为液体回路中液体温度，P1为初始状态下储液器第二气侧的压力，P为平衡压力；
[0027]根据气体状态方程，可以获得取样壳体第一气侧的关系式二为P4V4＝PV
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种航天器在轨液体工质取样装置，其特征在于，包括取样壳体，所述取样壳体内设有囊式阻隔结构，所述囊式阻隔结构将所述取样壳体的腔体分隔成相互密封的第一气侧和第一液侧，所述取样壳体上分别设有第一气侧连接口和第一液侧连接口，所述第一气侧连接口与所述取样壳体的第一气侧对应布置，所述第一液侧连接口与所述取样壳体的第一液侧对应布置。2.根据权利要求1所述一种航天器在轨液体工质取样装置，其特征在于，所述第一气侧连接口处设有第一气侧快断接口，所述第一液侧连接口处设有第一液侧快断接口。3.根据权利要求1所述一种航天器在轨液体工质取样装置，其特征在于，所述囊式阻隔结构位于所述取样壳体的中部。4.根据权利要求1所述一种航天器在轨液体工质取样装置，其特征在于，所述取样壳体采用刚性结构，所述囊式阻隔结构采用弹性非金属材料制成。5.一种航天器在轨液体工质取样系统，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的取样装置，还包括辅助管、真空设备以及充气设备，所述辅助管两端分别设有与所述第一气侧连接口以及所述第一液侧连接口适配的快断接头。6.根据权利要求5所述一种航天器在轨液体工质取样系统，其特征在于，还包括实验柜，所述实验柜上设有氮气接口和真空接口，所述真空设备和所述充气设备均设置在所述实验柜内，所述真空设备和所述充气设备分别与所述真空接口以及所述氮气接口连通。7.一种航天器在轨液体工质取样方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，使用辅助管将取样壳体第一液侧的第一液侧连接口与真空设备的真空接口连接，取样壳体内的囊式阻隔结构在压力作用下，将第一液侧的容积压到最小，此时第一液侧为真空状态；S2，使用辅助管将取样壳体第一气侧的第一气侧连接口与充气设备连接，通过充气设备调节取样壳体第一气侧的压力，第一气侧的容积为最大容积；S3，将取样壳体的第一液侧连接口接入液体回路后，受到液体回路中储液器的压力，取样壳体的第一液侧有液体进入，囊式阻隔结构向第一气侧运动，压力平衡后，将取样壳体的第一液侧连接口从液体回路断开；S4，将取样壳体第一液侧的液体转移到取样袋中，根据气体状态方程并通过控制取样壳体第一气侧压力获得目标取样体积。8.根据权利要求7所述一种航天器在轨液体工质取样方法，其特征在于，S4中，根据气体状态方程计算得到取样体积包括：取样体积V＝V
11
【专利技术属性】
技术研发人员：郭栋才，盛强，王珂，朱清淋，刘英义，韩为明，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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