Design, Flow Field Simulation and Launching Cost Evaluation of a Space Laundry Platform

针对在轨中长期驻留阶段航天员衣物洗涤的迫切需求, 以及地面传统洗衣技术无法适用于微重力环境的问题, 设计了一种基于雾化臭氧原理的空间洗衣平台. 该平台利用超声雾化阵列将液态水雾化浸润衣物, 通过紫外照射产生臭氧用于除菌; 采用有限元方法对微重力环境下液滴与衣物的附着情况、洗衣平台的内流场进行了仿真分析, 重点分析了在微重力和地面重力条件下液滴在洗衣腔体内分布的均匀性区别. 在此基础上, 根据相对湿度、臭氧浓度等指标确定了预雾化时间、内循环风扇流量等参数; 随后, 采用等效系统质量的方法对雾化臭氧洗衣平台的上行资源代价进行了评估, 该洗衣技术在轨运行一年的资源代价仅为商选洗衣技术的15.7%, 当在轨运行5年后, 相比于完全将衣物作为消耗品上行, 可节省61.9%的等效系统质量. 通过分析两种方法的收益平衡时间点可知, 对于任务周期超过5个月的空间站任务、周期超过2.5个月的深空探测任务, 发展在轨洗衣技术更具资源代价优势. 本文的工作有望为未来中国在轨洗衣技术的发展提供参考.