本公开涉及载人航天技术领域，具体涉及一种在登月任务中，发生失压后，航天员长期穿着航天服生保过程中，将尿液导出航天服并排出舱外的系统。
背景技术：
在载人航天任务中，舱内应急压力服也称为舱内航天服或发射、返回服，是保障航天员生命安全的重要手段之一，在航天器的发射段和返回段，航天员均需要穿着应急压力服，舱内环控生保系统通过供气管路向应急压力服内部通风，以带走航天员体表的代谢产热，在舱内发生失压等严重事故时，随着压力的下降，应急压力服逐渐切换至闭合的工作模式，由舱内环控生保系统向航天员头盔部位进行供氧，满足航天员的呼吸和部分散热需求。航天器在轨道发生失压时，航天员一般可在1h内穿着应急压力服，完成航天器状态设置，并进行自主返航。在以往的载人航天任务中，发射段、返回段时间很短，即使是轨道失压事故，航天员穿着应急压力服的总时间也不会很长，只需要忍耐较短的时间即可返回地面。但是对于以载人登月为代表的未来有人深空探测、长期驻留任务，如果航天器发生失压等严重故障，返回地表可能需要长达一周的时间。此时，如何解决航天员在舱内应急压力服内的排尿问题，是未来载人登月任务中必须解决的问题之一。
目前载人航天器的设计中，大部分的太空厕所只能在舱内压力正常时使用，在压力应急状态下不具有使用条件，而只能在航天服内置吸收装置以应急，无法排出航天服外；在出舱过程中，由于时间较短，一般也采用临时吸收、储存的方案(如尿不湿)。
在阿波罗计划中，由于同样面临了长期生保的问题，采用了储存/排出两种设计，储存主要靠航天服内部的尿袋，可以容纳1l液体，排出主要依赖航天器上的接口，通过真空将尿液抽出，但是由于系统使用时需要与真空系统相连，难以保证其在出现异常时的可靠性。
因此，设计和发明一种在航天员长期穿着航天服生保过程中，将尿液导出航天服排出舱外的系统具有积极的现实意义。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是在航天器发生失压，进入压力应急状态时，解决航天员长期穿着应急压力服生保过程中的尿液收集和排出问题，具有卫生、可靠、安全的特点，为未来以载人登月为代表的有人深空探测任务提供支撑。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种舱内应急压力服内尿液导出系统，包括穿戴式尿液收集器、四通换向阀及尿液容器，所述穿戴式尿液收集器设置在舱内应急压力服内，与人体连接，用于收集人体尿液；所述穿戴式尿液收集器上设有第一管路，所述第一管路用于将穿戴式尿液收集器内的尿液导出，所述舱内应急压力服上设有贯穿应急压力服内侧及外侧的第一快接插头，第一管路的端部连接在第一快接插头的一端，第一快接插头的另一端连接有第二管路；所述四通换向阀包括第一端口、第二端口、第三端口及第四端口，四个端口两两连通，切换四通换向阀可切换连通端口的状态；所述第二管路远离第一快接插头的一端连接至所述第一端口；所述尿液容器的两端分别连接第三管路及第四管路，所述第三管路远离尿液容器的一端连接在所述第三端口，第四管路远离尿液容器的一端连接在所述第四端口；所述第二端口连接有第五管路，所述第五管路远离尿液容器的一端连接至航天器舱壁上的尿液排出口上；所述尿液容器内设有弹性分隔膜，尿液容器内对应弹性分隔膜的两侧分别设为第一腔体及第二腔体，所述第三管路与第一腔体连通，第四管路与第二腔体连通。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述穿戴式尿液收集器表面设有与其内部连通的柔性收集接口。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一管路的一端设置在穿戴式尿液收集器内部，另一端延伸至穿戴式尿液收集器外部并与第一快接插头连通。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第五管路远离四通换向阀的一端连接有第二快接插头，所述航天器内侧对应舱壁上的尿液排出口位置设有安全阀，所述第二快接插头上连接有第三快接插头，所述第三快接插头与安全阀相连通。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一管路的端部设有与第一快接插头连接的第四快接插头，第二管路的端部设有与第一快接插头连接的第五快接插头。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一腔体及第二腔体相对设置，第一腔体的一端设有与第三管路连通的第一接口，另一端设置为开口结构，第二腔体的一端设有与第四管路连通的第二接口，另一端设置为开口结构，第一腔体对应开口结构的一侧设有第一对接法兰，第二腔体对应开口结构的一侧设有第二对接法兰，第一对接法兰及第二对接法兰相对设置，所述弹性分隔膜设置在第一对接法兰及第二对接法兰之间，第一对接法兰及第二对接法兰周向设置若干对连接通孔，第一腔体及第二腔体通过穿过连接通孔的固定螺栓固定连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一对接法兰表面设有一圈密封条，第二对接法兰表面设有一圈密封条。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路及第五管路均设置为透明软管。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述弹性分隔膜的厚度范围为0.4mm-1mm。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述安全阀设置为常闭式延时阀门。
本发明的有益效果：本申请提供一种舱内应急压力服内尿液导出系统，尿液容器分为独立的第一腔体及第二腔体，第一腔体用于收集穿戴式尿液收集器排出的尿液时，第二腔体内的尿液通过舱壁的尿液排出口排出航天舱外；切换四通换向阀后，收集尿液的第一腔体内的尿液排出航天舱，第二腔体用于收集穿戴式尿液收集器排出的尿液，从而实现第一腔体及第二腔体交替收集与排出工作。通过压差使得尿液排出航天器外部，相对于目前常用的航天服内吸收、储存方案具有舒适卫生的优点，同时安全可靠，结构简单，可以满足未来航天员的长期生命保障需求。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的结构原理示意图；
图2为本申请第一种实施例中尿液容器的结构示意图；
图3为本申请第一种实施例中尿液容器的第一腔体及第二腔体的工作原理示意图；
图中所述文字标注表示为：101、穿戴式尿液收集器；102、收集接口；104、第一管路；105、第四快接插头；106、应急压力服界面；107、第一快接插头；201、第五快接插头；202、第二管路；203、四通换向阀；203-1、第一端口；203-2、第二端口；203-3、第三端口；203-4、第四端口；204、第二快接插头；205、第五管路；206、第四管路；207、第三管路；301、航天器舱壁；302、尿液排出口；303、安全阀；304、第三快接插头；400、尿液容器；401、第一腔体；401-1、第一接口；401-2、第一对接法兰；402、第二腔体；402-1、第二接口；402-2、第二对接法兰；402-3、密封条；403、弹性分隔膜；404、固定螺栓；405、螺母；501、上一次使用尿液容器遗留的尿液；502、本次使用尿液容器流入的尿液；503、切换四通换向阀后尿液容器流入的尿液。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
如图1至图3所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括穿戴式尿液收集器101、四通换向阀203及尿液容器400，所述穿戴式尿液收集器101设置在舱内应急压力服内，与人体连接，用于收集人体尿液。穿戴式尿液收集器101为穿戴式，由亲肤材料制成，航天员穿着在腰部，为制作，并穿着在应急压力服的内部。
所述穿戴式尿液收集器101上设有第一管路104，所述第一管路104用于将穿戴式尿液收集器101内的尿液导出，所述舱内应急压力服上设有贯穿应急压力服内侧及外侧的第一快接插头107，第一管路104的端部连接在第一快接插头107的一端，第一快接插头107的另一端连接有第二管路202。第一管路104用于将穿戴式尿液收集器101内的尿液导出至穿戴式尿液收集器101的外侧并穿过应急压力服后由第二管路202传递输送至四通换向阀203内。
本实施例中，所述穿戴式尿液收集器101表面设有与其内部连通的柔性收集接口102。本实施例中，柔性收集接口102由穿戴式尿液收集器101内的负压驱动，对人体尿液进行收集，柔性收集接口102的具体形式包括乳胶套管、乳胶皿状等。
本实施例中，所述第一管路104的一端设置在穿戴式尿液收集器101内部，另一端延伸至穿戴式尿液收集器101外部并与第一快接插头107连通。
优选地，所述第一管路104的端部设有与第一快接插头107连接的第四快接插头105，第二管路202的端部设有与第一快接插头107连接的第五快接插头201。
本实施例中，第一快接插头107设置为两端开闭式结构，第一管路104及第二管路202分别通过第四快接插头105及第五快接插头201与第一快接插头107连接，用于系统的快速连接与断开，从而保证系统的气密性。在穿戴式尿液收集器101穿戴完成后将第四快接插头105与固定于舱内应急压力服上的两端开闭式第一快接插头107对接，实现液体的传输；106为舱内应急压力服界面，即舱内航天服的表面，其表面固定有两端开闭式第一快接插头107；第一快接插头107为固定于舱内应急压力服上的两端开闭式快接插头，在一般生保状态，第五快接插头201未连接，其保证了舱内应急压力服的气密性，在航天员有排尿需求时，将第五快接插头201与两端开闭式第一快接插头107对接后，内部的尿液通道即导通，可开始进行操作。
所述四通换向阀203包括第一端口203-1、第二端口203-2、第三端口203-3及第四端口203-4，四个端口两两连通，切换四通换向阀203可切换连通端口的状态；所述第二管路202远离第一快接插头107的一端连接至所述第一端口203-1；所述尿液容器400的两端分别连接第三管路207及第四管路206，所述第三管路207远离尿液容器400的一端连接在所述第三端口203-3，第四管路206远离尿液容器400的一端连接在所述第四端口203-4；所述第二端口203-2连接有第五管路205，所述第五管路205远离尿液容器400的一端连接至航天器舱壁301上的尿液排出口302上；所述尿液容器400内设有弹性分隔膜403，尿液容器400内对应弹性分隔膜403的两侧分别设为第一腔体401及第二腔体402，所述第三管路207与第一腔体401连通，第四管路206与第二腔体402连通。
本实施例中，尿液容器400包括两个独立的腔体第一腔体401及第二腔体402，弹性分隔膜403将第一腔体401及第二腔体402分隔开，一个腔体用于容纳穿戴式尿液收集器101传输出的尿液，另一个腔体与航天器舱壁301上与外部环境连通的尿液排出口302相连通以将该腔体内的尿液排出航天器外；当切换四通换向阀203后，两个腔体工作状态进行切换，之前容纳了穿戴式尿液收集器101传输出的尿液的腔体开始与尿液排出口302连通将其中的尿液排出航天器外侧，另一个排空尿液的腔体开始与穿戴式尿液收集器101连通用于容纳穿戴式尿液收集器101排出的尿液。因此，本实施例中四通换向阀203用于提供尿液回路切换，可控制尿液容器400各腔体的排空或收集的工作状态的切换。
本实施例中，当四通换向阀203的第一端口203-1与第四端口203-4接通时也即第二管路202与第四管路206连通时，四通换向阀203的第二端口203-2与第三端口203-3接通也即第三管路207与第五管路205连通，此时尿液容器400的第二腔体402与穿戴式尿液收集器101连通，第一腔体401通过舱壁上的尿液排出口302与舱外环境连通，也即第一腔体401此时处于排出阶段，第二腔体402处于收集阶段，第一腔体401内排出的尿液是上个循环与穿戴式尿液收集器101连接时收集的尿液。当第一腔体401内的尿液排空时，四通换向阀203进行手动切换，使得第一端口203-1与第三端口203-3接通也即第二管路202与第三管路207连通，且第二端口203-2与第四端口203-4接通也即第四管路206与第五管路205连通，此时第一腔体401切换为与穿戴式尿液收集器101连通用于收集穿戴式尿液收集器101排出的尿液，第二腔体402与舱壁上的尿液排出口302连通，使得第二腔体402在上个循环中收集的尿液排出舱外。
本实施例中，通过两个腔体交替工作并通过四通换向阀203进行腔体工作状态切换的方案，可避免导出系统直接与舱外真空环境相连通，从而降低系统故障风险。
本实施例中，优选地，弹性分隔膜403为乳胶等高分子材料制成，厚度0.4mm～1mm，在尿液容器400两侧存在压差时，弹性分隔膜403可向一侧腔体方向偏移。
在一优选实施方式中，所述第五管路205远离四通换向阀203的一端连接有第二快接插头204，所述航天器内侧对应舱壁上的尿液排出口302位置设有安全阀303，所述第二快接插头204上连接有第三快接插头304，所述第三快接插头304与安全阀303相连通。本优选实施方式中，安全阀303用于保障系统的可靠性，在人员无操作时自动断开，航天器舱体上的尿液排出孔用于将尿液排出航天器。本系统通过压差实现尿液向航天器外的排出，可以实现长时间的生保需求。本优选实施方式中，第三快接插头304设置为两端开闭式结构。
优选地，所述安全阀303设置为常闭式延时阀门。本优选实施方式中，只有航天员在进行排尿操作时打开此阀门，随后一段时间阀门可自动关闭，用于防止在意外情况(如操作人员失去意识)时系统长时间与真空相连，降低系统发生危险的可能，用于保障系统在出现异常时的可靠性。
在一优选实施方式中，所述第一腔体401及第二腔体402相对设置，优选地，第一腔体401及第二腔体402设置为半球状，材料为聚碳酸酯，具有0.5个大气压以上的承载能力。第一腔体401的一端设有与第三管路207连通的第一接口401-1，另一端设置为开口结构，第二腔体402的一端设有与第四管路206连通的第二接口402-1，另一端设置为开口结构，第一腔体401对应开口结构的一侧设有第一对接法兰401-2，第二腔体402对应开口结构的一侧设有第二对接法兰402-2，第一对接法兰401-2及第二对接法兰402-2相对设置，所述弹性分隔膜403设置在第一对接法兰401-2及第二对接法兰402-2之间，第一对接法兰401-2及第二对接法兰402-2周向设置若干对连接通孔，第一腔体401及第二腔体402通过穿过连接通孔的固定螺栓404固定连接。
本优选实施方式中，404为固定螺栓404，405为螺母，通过二者可将两侧的第一腔体401及第二腔体402锁紧在一起，并将弹性分隔膜403压紧，可选择m5不锈钢螺栓和铜螺母组合。本优选实施方式中，连接通孔的直径为6mm。
优选地，所述第一对接法兰401-2表面设有一圈密封条402-3，第二对接法兰402-2表面设有一圈密封条402-3。设置密封条402-3可保证第一腔体401与第二腔体402对接连接时的密封性。
优选地，本实施例中的所述第一管路104、第二管路202、第三管路207、第四管路206及第五管路205均设置为透明软管。本实施例中将各个尿液传输管路设置为透明软管，可为航天员提供直观可视化界面，用于供航天员观测管路内部液体的流向。本实施例中各管路的透明软管可采用聚乙烯，聚氯乙烯等高分子材料。优选地，本实施例中各管路采用透明聚四氟乙烯制3分软管(外径9.525mm)。
本实施例中，101～107位于每个航天员的舱内应急压力服内，属于个人用组件；201～207位于航天器舱内内部，属于公用组件，航天员可依次使用。
图3为在实际使用过程中尿液容器内部的变化，其中501为上一次使用尿液容器遗留的尿液，502为本次使用尿液容器流入的尿液，503为切换四通换向阀后尿液容器流入的尿液，其步骤如下：
s1：开始时图中左侧的尿液容器的第一腔体为空(上一次排尿过程中与尿液排出口相通)，图中右侧的第二腔体为尿液与空气(由航天服内泄露进入腔体的)混合体(上一次排尿过程中与穿戴式尿液收集器)如图中501，弹性分隔膜变偏向第一腔体的一侧；
s2：在失压事故中，当航天员有排尿需求时，连接各管路后，旋转四通换向阀，打开安全阀，使第二腔体与尿液排出口连通，尿液501通过第五管路排出至航天器外部真空环境内；同时第一腔体与穿戴式尿液收集器连通，使得穿戴式尿液收集器内的尿液502流入第一腔体内，弹性分隔膜开始向第二腔体方向移动；
s3：第二腔体内的尿液501逐渐排出直至排空，第一腔体内的尿液502不断流入，使得第一腔体内逐渐充满尿液和泄露的空气，弹性分隔膜向第二腔体方向移动并逐渐达到极限位置；
s4：航天员扳动四通换向阀，交换四通换向阀内各端口的连接关系使得第一腔体与舱壁的尿液排出口连通，第二腔体与穿戴式尿液收集器连通，第一腔体内的尿液502不断被排出舱外真空环境中，同时第二腔体内逐渐流入穿戴式尿液收集器内的尿液503，弹性分隔膜逐渐向第一腔体的方向移动。
由以上的s1-s4步骤即可实现第一腔体及第二腔体的一次工作模式切换，根据实际情况，切换四通换向阀使得第一腔体及第二腔体交替工作在不同工作状态。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。
1.一种舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，包括穿戴式尿液收集器、四通换向阀及尿液容器，所述穿戴式尿液收集器设置在舱内应急压力服内，与人体连接，用于收集人体尿液；
所述穿戴式尿液收集器上设有第一管路，所述第一管路用于将穿戴式尿液收集器内的尿液导出，所述舱内应急压力服上设有贯穿应急压力服内侧及外侧的第一快接插头，第一管路的端部连接在第一快接插头的一端，第一快接插头的另一端连接有第二管路；
所述四通换向阀包括第一端口、第二端口、第三端口及第四端口，四个端口两两连通，切换四通换向阀可切换连通端口的状态；所述第二管路远离第一快接插头的一端连接至所述第一端口；所述尿液容器的两端分别连接第三管路及第四管路，所述第三管路远离尿液容器的一端连接在所述第三端口，第四管路远离尿液容器的一端连接在所述第四端口；所述第二端口连接有第五管路，所述第五管路远离尿液容器的一端连接至航天器舱壁上的尿液排出口上；
所述尿液容器内设有弹性分隔膜，尿液容器内对应弹性分隔膜的两侧分别设为第一腔体及第二腔体，所述第三管路与第一腔体连通，第四管路与第二腔体连通。
2.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述穿戴式尿液收集器表面设有与其内部连通的柔性收集接口。
3.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第一管路的一端设置在穿戴式尿液收集器内部，另一端延伸至穿戴式尿液收集器外部并与第一快接插头连通。
4.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第五管路远离四通换向阀的一端连接有第二快接插头，所述航天器内侧对应舱壁上的尿液排出口位置设有安全阀，所述第二快接插头上连接有第三快接插头，所述第三快接插头与安全阀相连通。
5.根据权利要求3所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第一管路的端部设有与第一快接插头连接的第四快接插头，第二管路的端部设有与第一快接插头连接的第五快接插头。
6.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第一腔体及第二腔体相对设置，第一腔体的一端设有与第三管路连通的第一接口，另一端设置为开口结构，第二腔体的一端设有与第四管路连通的第二接口，另一端设置为开口结构，第一腔体对应开口结构的一侧设有第一对接法兰，第二腔体对应开口结构的一侧设有第二对接法兰，第一对接法兰及第二对接法兰相对设置，所述弹性分隔膜设置在第一对接法兰及第二对接法兰之间，第一对接法兰及第二对接法兰周向设置若干对连接通孔，第一腔体及第二腔体通过穿过连接通孔的固定螺栓固定连接。
7.根据权利要求6所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第一对接法兰表面设有一圈密封条，第二对接法兰表面设有一圈密封条。
8.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述第一管路、第二管路、第三管路、第四管路及第五管路均设置为透明软管。
9.根据权利要求1所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述弹性分隔膜的厚度范围为0.4mm-1mm。
10.根据权利要求4所述的舱内应急压力服内尿液导出系统，其特征在于，所述安全阀设置为常闭式延时阀门。
技术总结