Подсистема кондиционирования воздуха ГЛАВА V Жизнеобеспечение в космосе В США на раннем этапе .

Главная страница > Даты

Подсистема кондиционирования воздуха

Подсистема кондиционирования воздуха

ГЛАВА V Жизнеобеспечение в космосе

В США на раннем этапе разработки космических кораблей требование ограничения веса корабля диктовало необходимость поддержания в кабине давления меньше 1 атм. Однако из-за опасности возникновения дисбаризма при таком давлении нельзя использовать воздух. Наилучшей заменой воздуха является в этом случае чистый кислород при давлении 0,35 атм. При таком давлении уменьшается вероятность наступления ателектазов (неполного расширения легочных альвеол, частичного их слипания). На стр. 120 помещен график, на котором наглядно показаны физиологические факторы, диктующие выбор давления в случае использования атмосферы чистого кислорода. Верхний предел давления, которое можно рассматривать, определяется токсичностью кислорода, а нижний — кислородной недостаточностью.

Вес космического корабля в значительной мере зависит от величины атмосферного давления в его обитаемых отсеках. В общих чертах можно сказать, что чем больше разность давлений внутри и снаружи космического корабля, тем толще и прочнее должна быть его конструкция. Однако при сравнительно низком давлении внутри корабля — а оно обычно составляет 0,35—0,50 атм — общий вес корабля будет определяться другими нагрузками на элементы конструкции. К ним относятся: лобовое сопротивление при максимальном динамическом давлении, перегрузки при ускорении, ударные нагрузки и нагрузки, связанные с работой ракет системы аварийного покидания корабля на стартовом участке и системы спасения на парашютах. Таким образом, если вес не является ограничивающим фактором благодаря очень мощным ракетам-носителям, то в космическом корабле можно использовать более высокое атмосферное давление. Такие благоприятные условия позволяют на советских космических кораблях создавать внутри корабля давление, равное 1 атм.

1 – максимально допустимое давление; 2 – содержание кислорода, эквивалентное условиям на уровне моря; 3 – минимально допустимое общее давление; 4 – минимально допустимое давление при акклиматизации" width="420" height="280" Рис. 5 Влияние кислорода при различном давлении на человеческий организм. Заштрихованная зона, в которой не нарушается работоспособность человека. 1 – максимально допустимое давление; 2 – содержание кислорода, эквивалентное условиям на уровне моря; 3 – минимально допустимое общее давление; 4 – минимально допустимое давление при акклиматизации

Каждый вид используемой атмосферы имеет свои недостатки. Чистый кислород при давлениях ниже 1 атм очень опасен в пожарном отношении, так как им насыщаются ткани и другие воспламеняющиеся материалы. Эту опасность можно уменьшить, используя несгораемые или огнеупорные материалы и уделяя при конструировании и изготовлении космических кораблей самое пристальное внимание вопросам техники безопасности, но нельзя ликвидировать полностью. Дополнительная опасность возникает в случае пробоя обшивки космического корабля метеоритом. В этом случае расплавленные и превращенные в пар материалы обшивки попадают в кабину и быстро окисляются. Даже частичное проникновение метеорита в обшивку космического корабля может привести к тому, что в результате ее отслоения и растрескивания в отсеки корабля влетят частицы, которые вызовут обрыв электропроводки или пробои трубопроводов или стенок контейнеров, содержащих горючие материалы, и таким образом вызовут пожар.

При использовании в отсеке космического корабля двухгазовой атмосферы с давлением 1 атм существует потенциальная опасность возникновения кессонной болезни, если произойдет утечка газа из отсека или быстрая его разгерметизация. При достаточно большом падении давления окружающей среды любой газ-разбавитель, то есть газ, смешанный с кислородом и, таким образом, содержащийся в крови, в жире или в других тканях человеческого тела, образует пузырьки. При использовании кислородно-азотной смеси может возникнуть еще и опасность вторичной радиации вследствие активации космическими лучами атомов азота. Поэтому на кораблях, предназначенных для полетов к Луне и другим более отдаленным планетам, возможно, в качестве газа-разбавителя будет использоваться гелий.

Однако с точки зрения борьбы с пожаром условия космического полета имеют определенные преимущества: в условиях невесомости замедляется перенос тепла путем конвекции. Совершенно очевидно, что это справедливо только для условий космического полета, но не для периода запуска корабля. Пожар, возникший на корабле во время полета, можно быстро потушить, если быстро разгерметизировать аварийный отсек, открыв люки, конечно, при условии, что все члены экипажа в это время будут одеты в скафандры.

Выбрав газ или газовую смесь, которые используют в СЖО, конструктор рассматривает способы хранения этих газов на борту космического корабля. На выбор способа хранения газа влияет много факторов, однако самым важным из них является продолжительность полета. В настоящее время существуют два способа хранения запасов газа на космическом корабле: под высоким давлением при обычной температуре и при низком или среднем давлении, но при криогенных температурах (—80°С или ниже). Хранение газов под высоким давлением более надежно, однако вес контейнеров при этом получается огромным. Учитывая ограниченные размеры космического корабля, хранение газа в небольших контейнерах под давлением кажется очень привлекательным. Однако существует критическое давление, выше которого газы не сжимаются, да и стенки контейнеров нужно делать чересчур толстыми, чтобы они выдерживали такое давление. Если считать, что оба параметра, и объем и вес, одинаково важны, то в этом случае оптимальным является давление 525 атм. Именно под таким давлением находится газ в баллонах из нержавеющей стали на кораблях серии «Меркурий». Аналогичные баллоны использовались и на советских кораблях «Восток» и «Восход». При спуске лунного модуля корабля «Аполлон» (этап прилунения) использовался один баллон кислорода объемом 0,083 м3 и весом 21,75 кг под давлением 189 атм, а при подъеме модуля с поверхности Луны и выходе его на селеноцентрическую орбиту для встречи с командным модулем — два баллона с давлением 59,5 атм. Кислорода этих трех баллонов было достаточно для четырех повторных герметизаций кабины и шести заправок ранцевых СЖО, что обеспечивало их общее время работы в течение 49,5 час. Криогенные сосуды позволяют хранить сжиженный газ при меньшем весе контейнера и при более низких рабочих давлениях. Однако подача жидкости в условиях нулевой гравитации усложняет систему, и такие газовые контейнеры особенно чувствительны к теплу.

Предложения использовать в двухгазовой атмосфере вместо азота инертные или благородные газы обсуждались и раньше. Поскольку аргон, криптон и ксенон растворяются в крови лучше азота, то рассматривать их не было смысла. Гелий на первый взгляд лучше азота или неона, однако, физиологические последствия его продолжительного воздействия на человека еще недостаточно изучены, хотя смесь кислорода с гелием используется ныряльщиками на большие глубины, применяют его и в экспериментах при трехнедельном пребывании под водой. Гелий обладает также большей теплопроводностью, чем азот, и, таким образом, в его среде быстрее понижается температура тела. При рассмотрении всех инертных газов можно прийти к выводу, что применительно к СЖО лучшим среди них является неон. Создание двухгазовых СЖО, очевидно, более сложная инженерно-техническая проблема, чем конструирование СЖО. Двухгазовые СЖО должны иметь устройства для постоянного контроля и регулирования парциального давления обоих газов, чтобы поддерживать нужный состав атмосферы. Хотя инертный газ не вступает в какие-либо химические реакции, избежать его утечки из космического корабля также трудно, как и избежать утечки кислорода. Необходимость пополнения атмосферы отсеков корабля двумя газами еще более увеличивает сложность такой СЖО. При усложнении системы, естественно, уменьшается ее надежность, что всегда вызывает опасения инженеров.

Снабжение кабины космического корабля кислородом является только частью тех задач, которые стоят перед подсистемой кондиционирования. Эта подсистема должна также удалять из кабины СO2, твердые частицы и другие загрязнения, а также водяные пары. СO2 можно удалять химическим, механическим или физическим способом. На всех американских космических кораблях используют химический способ удаления СO Для этого применяют гидроокись лития, которая реагирует с СO2 и образует карбонат лития и воду:

Для командного модуля корабля «Аполлон» используется кислород из общего источника, предназначенного для СЖО и для электронных систем. Для этого в необитаемом отсеке корабля имеются два сосуда Дьюара, в которых кислород хранится в двухфазном состоянии при температуре — 180°С и давлении 63 атм. В каждом сосуде содержится 145 кг чистого кислорода, из которых 104 кг предназначены для СЖО. Сосуды Дьюара имеют настолько хорошую теплоизоляцию, что если налить в них кипящий кофе, то и два года спустя он будет слишком горяч, чтобы его сразу можно было пить. Кислород из этих сосудов используется полностью до вхождения корабля в плотные слои земной атмосферы. Поэтому во время этой фазы космического полета экипаж корабля использует кислород из уравнительного резервуара СЖО, в котором содержится 1,676 кг кислорода, то есть количество, достаточное для снабжения кислородом в течение около полусуток и, конечно, более чем достаточное для 35-минутного периода вхождения корабля в плотные слои атмосферы.

Обычно 1 кг гидроокиси лития поглощает 0,8 кг СО Этот способ прост по конструктивному оформлению, однако карбонат лития нельзя регенерировать (восстановить снова до гидроокиси лития), так что в космический полет необходимо брать с собой запас гидроокиси лития, который рассчитывается на том основании, что на одного человека на одни сутки полета требуется 1,132 кг этого вещества.

2LiOH + CO2 - Li2CO3 + H2O.

Система кондиционирования удаляет из атмосферы кабины космического корабля также твердые аэрозольные частицы, которые выделяются конструктивными материалами, космической пищей, оборудованием кабины и самими членами экипажа космического корабля. Обычно эти частицы достаточно велики и эффективно улавливаются с помощью существующих фильтров. Такие фильтры могут задерживать и аэрозольные частицы маленьких размеров (до 0,3 мкм). Поскольку большинство загрязняющих частиц в атмосфере космического корабля имеет размеры 0,35 мкм и больше, то эти фильтры очень эффективны.

В СЖО командного модуля корабля «Аполлон» имеется металлический патрон, содержащий 1,812 кг гидроокиси лития, слой активированного древесного угля и фильтры из стеклоткани. Фильтры задерживают твердые частицы и не позволяют гидроокиси лития распыляться в окружающий воздух, а уголь поглощает запахи и вредные газы. Одного такого патрона достаточно только для 1,5 человеко-дней космического полета. В СЖО используют два патрона, соединенных параллельно, чтобы один из них можно было заменять, не отключая при этом всю систему. Аналогичный патрон используют в лунном модуле корабля «Аполлон» и заменяют его новым, когда парциальное давление СO2 достигает 7,6 мм рт. ст. Другая функция системы кондиционирования — удаление из атмосферы космического корабля излишков водяных паров, так как человек ежедневно выделяет в виде пота и влаги в выдыхаемом воздухе в среднем 2,491 кг воды. Обычно эту воду называют в США отходами, но на самом деле это неверно: воду используют в системе охлаждения космического корабля. В командном модуле корабля «Аполлон» используют конденсатор влаги с фитилями, аналогичными тем, которые имеются в керосиновых лампах. Вода проходит по ним под действием капиллярных сил и подводится к холодной пластине, где и конденсируется. Затем вода перекачивается в емкость для хранения. В лунном модуле используется другая система. Две низкоскоростные турбины — сепараторы сообщают проходящему через них газу, содержащему пары воды, тангенциальную скорость; вода конденсируется в конце сепаратора, собирается и по трубкам отводится в резервуар для ее .

В командном и лунном модулях корабля «Аполлон» крупные частицы задерживаются фильтрами из проволочной сетки с очень мелкими ячейками, а мелкие частицы — фильтрами в патроне гидроокиси лития. На советских космических кораблях имеются два типа фильтров газоочистки: одни задерживают CO2 и СО, другие — сероводород, аммиак и другие газы. Аэрозольные фильтры в регенеративных и осушительных патронах задерживают твердые аэрозоли, как это делается и на американских космических кораблях.

Оберт Г. «Пути осуществления космических полетов».

Adams Michael James.

Виктор Михайлович Афанасьев.

Космические марки Албании.

Главная страница > Даты