Как дышат космонавты в космосе кратко

Обновлено: 08.07.2024

В непривычных условиях внеатмосферного полета космонавтам должны быть созданы все условия для работы и отдыха. Им нужно есть, пить, дышать, отдыхать, спать положенное время. Такие простые и обыденные для земного бытия вопросы в условиях космоса перерастают в сложные научные и технические проблемы.

Человек может довольно долго обходиться без пищи, без воды — несколько дней. Но без воздуха он может жить лишь несколько минут. Дыхание — важнейшая функция человеческого организма. Как обеспечивается она в космическом полете?

Свободный объем в космических кораблях невелик. как правило, имеет на борту около 9 кубических метров воздуха. А за стенками корабля — почти полный вакуум, остатки атмосферы, плотность которой в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли.

9 кубометров — это все, что имеют для дыхания космонавты. Но это немало. Вопрос только в том, чем будет заполнен этот объем, чем будут дышать космонавты.

Атмосфера, окружающая человека на Земле, в сухом состоянии содержит по весу 78,09 процента азота, 20,95 процента кислорода, 0,93 процента аргона, 0,03 процента углекислого газа. Количество других газов в ней практически незначительно.

Азот и аргон — инертная часть воздуха. В окислительных процессах принимает участие только кислород. Поэтому возникла мысль: а нельзя ли в космическом корабле заменить азот на более легкий газ, скажем, гелий. Кубический метр азота весит 1,25 килограмма, а гелия — всего 0,18 килограмма, то есть в семь раз меньше. Для космических кораблей, где на учете каждый лишний килограмм веса, это отнюдь не безразлично. Эксперименты показали, что в кислородногелиевой атмосфере человек может нормально дышать. Это было проверено американскими акванавтами при длительных подводных погружениях.

В техническом отношении привлекает внимание также одногазовая атмосфера, состоящая из чистого кислорода. В американских космических кораблях для дыхания космонавтов применяется чистый кислород при давлении около 270 миллиметров ртутного столба. При этом проще (а значит, и легче) получается аппаратура для контроля давления и поддержания состава атмосферы. Однако чистый кислород имеет свои недостатки: возникает угроза пожара на космическом корабле; длительное вдыхание чистого кислорода вызывает неприятные осложнения в дыхательных путях.

В основу регенерации атмосферы положены эффективные, проверенные физические и химические процессы. Известны химические вещества, которые при соединении с водой или углекислым газом способны выделять кислород. Это надперекиси щелочных металлов — натрия, калия, лития. Чтобы при этих реакциях выделилось 50 литров кислорода — часовая потребность двух космонавтов, — необходимо 26,4 грамма воды. А выделение ее в атмосферу двумя космонавтами, как мы уже сказали, достигает 100 граммов в час.

Часть этой воды расходуется на получение кислорода, часть сохраняется в воздухе для поддержания нормальной относительной влажности (в пределах 40—60 процентов). Лишняя же вода должна улавливаться специальными поглотителями.

Наличие пыли, крошек, мусора в воздухе недопустимо. Ведь в невесомости все это не падает на пол, а свободно плавает в атмосфере корабля и может попадать в дыхательные пути космонавтов. Для очистки воздуха от механических загрязнений существуют специальные фильтры.

Итак, регенерация атмосферы в корабле сводится к тому, что часть воздуха из обитаемых отсеков постоянно забирается вентилятором и проходит через ряд устройств системы кондиционирования. Там воздух очищается, доводится до нормы по химическому составу, влажности и температуре и снова возвращается в кабину космонавтов. Такая циркуляция воздуха идет постоянно, а скорость ее и эффективность работы неослабно контролируются соответствующей автоматикой.

Например, если чрезмерно возросло содержание кислорода в атмосфере корабля, то система, контроля немедленно заметит это. Она подает соответствующие команды исполнительным органам; режим работы установки изменяется так, чтобы уменьшить выделение кислорода.

А если есть люди, то требуется поддержание их жизни на борту МКС. Для этого предусмотрены соответствующие системы жизнеобеспечения, гарантирующие наличие:

В нашем случае мы рассмотрим, откуда на космической станции берется кислород.

Электролиз воды

Основной метод получения кислорода на МКС – электролиз воды , с помощью которого выделяется водород и кислород. Это возможно за счет электрического тока.

На Земле это происходит по-другому. Деревья, растения, водоросли и им подобные представители растительного мира участвуют в процессе фотосинтеза. Результат – расщепление молекул воды.

В случае с электролизом 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода разделяются по причине воздействия электрическим током . На МКС используется специальная система генерации. С ее помощью получается газообразный кислород, поступающий в отсеки МКС.

Справка! Добытый указанным способом водород удаляется за пределы станции в открытый космос, что также верно и в отношении метана.

Исходя из объяснений, что приведены выше, возникает сопутствующий вопрос. Откуда берется вода?

(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)

Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки.
– Потребность в удалении отходов?
Господи…
Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы.

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).

*СОГС — система обеспечения газового состава,
*СВО — система водообеспечения,
*ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения,
*СОП — система обеспечения питанием,
*СОТР — система обеспечения теплового режима.

Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Первому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).

В состав ХПИ входит 95 % Са (ОН)2 и 5 % асбеста.

В ракетах, с помощью которых производилось зондирование ближнего космоса, находилась герметичная кабина с животными, имеющая в своем составе три баллона для смеси воздуха и кислорода. Диоксид углерода, выделяемый животными, удалялся с помощью ХПИ.

— патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей;
— патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей;
— электровентиляторов;
— датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов;
— газоанализатора;
— блока управления и контроля.

Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.

Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.

Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.

Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.
Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции.

В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек:

Что по факту трудно реализуемо или вообще неосуществимо (полёт к Марсу например).

В 1967-1968 годах в Институте медико-биологических проблем МЗ был проведен уникальный годовой медико-технический эксперимент с участием трех испытателей: Г.А.Мановцева, А.Н.Божко и Б.Н.Улыбышева. В гермокамерном эксперименте, длившемся 365 суток, проходила медико-биологическая и техническая оценка нового комплекса регенерационных систем жизнеобеспечения.

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода, система очистки атмосферы от вредных микропримесей,
система генерирования кислорода, система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей, санитарно-гигиеническое оборудование, оранжерея, система контрольно-измерительной аппаратуры.

Прим. от 28.02.17: спасибо за помощь в правке и познании этимологии artyums

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане.

На фото: кислородный генератор и тренажер для бега на МКС, которые вышли из строя в 2011.

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.

Санузел на космической станции выглядит так

За пятилетний период (данные на 2006 г.) их эксплуатации регенерировано 6,8 тонны воды 2,8 тонны кислорода, что позволило уменьшить массу доставляемых на станцию грузов более, чем на 11 тонн.

Задержка с включением в состав комплекса СЖО системы регенерации воды из урины СРВ-УМ не позволила осуществить регенерацию 7 тонн воды и уменьшить массу доставки.

Перспективы:
Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:

По этой схеме продукты жизнедеятельности сжигаются с образованием диоксида углерода, из которого в результате гидрирования образуется метан (реакция Сабатье). Метан может быть трансформирован в формальдегид, из которого в результате реакции поликонденсации (реакция Бутлерова) образуются углеводы-моносахариды.

Однако полученные углеводы-моносахариды представляли собой смесь рацематов — тетроз, пентоз, гексоз, гептоз, не обладающих оптической активностью.

Современные СЖО, после их соответствующей модернизации могут быть положены в основу создания СЖО, необходимых для освоения дальнего космоса.

Комплекс СЖО позволит обеспечить практически полное воспроизводство воды и кислорода на станции и может являться основой комплексов СЖО для намечаемых полетов к Марсу и организации базы на Луне.

Большое внимание уделяется созданию систем, обеспечивающих наиболее полный круговорот веществ. С этой целью вероятнее всего будут использовать процесс гидрирования диоксида углерода по реакции Сабатье или Боша-Будуара, которые позволят реализовать круговорот по кислороду и воде:

В случае экзобиологического запрета выброса СН4 в вакуум космического пространства метан может быть трансформирован в формальдегид и нелетучие углеводы-моносахариды по следующим реакциям:

Хочется отметить, что источниками загрязнения среды обитания на орбитальных станциях и при длительных межпланетных перелётах являются:

— конструкционные материалы интерьера (полимерные синтетические материалы, лаки, краски)
— человек (при перспирации, транспирации, с кишечными газами, при санитарно-гигиенических мероприятиях, медицинских обследованиях и др.)
— работающая электронная аппаратура
— звенья систем жизнеобеспечения (ассенизационное устройство-АСУ, кухня, сауна, душ)
и многое другое

Очевидно, что потребуется создание автоматической системы оперативного контроля и управления качеством среды обитания. Некая АСОКУКСО?

Ой не зря в Бауманке специальность по СЖО КА называлась студентами: ~~ЖОПА~~…

Что расшифровывалось, как:

ЖизнеОбеспечение Пилотируемых Аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.

Окончание: может я не всё учел и где-то перепутал факты, цифры. Тогда дополняйте, поправляйте и критикуйте.

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал marks@marks, если, что-то выйдет-фотки и результат скину на ГИК. Выращенный салат могу послать почтой РФ желающим, за отдельную плату конечно.

Для поддержания жизнедеятельности человека в космосе разработана и постоянно совершенствуется система жизнеобеспечения (СЖО). Это сложный многокомпонентный комплекс, состоящий из ряда самостоятельных, но взаимосвязанных систем. Собственно, за кондиционирование в нашем земном понимании отвечают две из них – система обеспечения газового состава и система обеспечения теплового режима.

Для жизни человека в космосе необходимо прежде всего:

Поддерживать определенное давление и состав окружающей газовой среды, постоянно пополнять количество кислорода и удалять углекислый газ.

Кроме того, в газовой среде и на стенках кабин и отсеков КА постепенно накапливается вода, выделяемая космонавтами при дыхании и в виде пота. Ее тоже нужно удалять.

Решения разработчиков этой системы в СССР и США отличаются друг от друга

Наши специалисты решили создать внутри корабля атмосферу, подобную земной. С точки зрения комфорта это наилучшее решение. Но при наддуве скафандров (а это необходимо в случае нарушения герметичности космического корабля и, как следствие, резкого падения давления в кабине) создается большой перепад давления: внутри скафандра примерно 760 мм ртутного столба, снаружи – ноль. В этих условиях космонавт становится практически обездвижен. Выход есть: снизить давление и перейти на дыхание чистым кислородом, что технически очень непросто. Но это, пожалуй, единственная проблема. Вторая очевидная проблема – увеличение веса корабля – имеет обратную сторону, которая означает значительный плюс для экипажа, – радиационная защита в кораблях с земной атмосферой значительно лучше за счет увеличения толщины оболочки корабля.

В длительных полетах это имеет решающее значение. Поэтому в современных космических кораблях – как в российских, так и в американских – создается земная атмосфера. Отвечает за ее воспроизведение система, которая по терминологии отечественной космонавтики называется СОГС – система обеспечения газового состава.

Регенератор кислорода на Международной космической станции.

Внутри Международной космической станции. Модуль США.

Принцип работы СОГС

На Международной космической станции.

Принцип работы этой системы состоит в адсорбции (поглощении) углекислого газа с последующей вакуумной регенерацией поглотительных патронов.

Кроме того, нормальный состав атмосферы поддерживают дублирующие системы:

Теперь рассмотрим работу систем терморегулирования

Ее задача – поддержание температуры КА и газовой среды (атмосферы) в его герметичных обитаемых отсеках. Для сравнения – у поверхности Земли привычный для нас в быту кондиционер должен использоваться при температуре наружного воздуха в среднем от -15 до +40°C, при этом окружающая среда – воздух за окном – либо холодный, либо теплый. На орбите условия работы космического кондиционера совсем другие. Определяющими тепловыми воздействиями в ходе орбитального полета являются солнечное излучение и тепловыделение от работающей на борту аппаратуры.

Т аким образом , конструктор космических аппаратов (КА) – транспортных кораблей и станций – вынужден решать две прямо противоположные задачи:

одновременно предохранять космический аппарат от переохлаждения и от перегрева.

Для их решения используется система, в отечественной космонавтике называемая СОТР – система обеспечения теплового режима.

СОТР вторая главная часть космического кондиционера:

СОТР представляет собой совокупность различных средств и устройств, регулирующих внешний и внутренний теплообмен КА. В состав СОТР входят:

средства пассивного терморегулирования (СПТР). СПТР – это набор конструктивных элементов, обеспечивающих заданные параметры теплообмена с помощью излучения и теплопроводности (терморегулирующие покрытия, тепловая изоляция и термозащита, термомосты и термосопротивления),
комплекс средств активного регулирования тепловых процессов, называемый системой терморегулирования (СТР) . СТР – это вентиляционные устройства, жидкостной контур с теплообменными устройствами и средствами регулирования тепловых потоков, активные средства регулирования лучистого теплообмена и т.д.

Общий вид МКС. Красными стрелками обозначены тепловые радиаторы МКС.

Но одной изоляции мало. Прежде всего она не решает задачи отвода избытка тепла. Для этого и предназначена система терморегулирования – СТР.

основной и резервный вентиляторы,
теплообменник,
система автоматического регулирования температуры.

Далее оно передавалось в жидкостно-жидкостном теплообменнике внешнему контуру и сбрасывалось в космос с радиационной поверхности (радиатора) наружного теплообменника. Для решения задачи удаления влаги из атмосферы станции служили специальные холодильно-сушильные аппараты. Влага оседала на охлаждавшихся до температуры порядка +5°С поверхностях этих аппаратов, собиралась в емкости, а затем подавалась в систему, регенерировавшую из конденсата воду.

Температура жидкости внутреннего контура регулировалась с помощью автоматики и регуляторов. Это позволяло поддерживать на необходимом уровне температуру стенок холодильно-сушильного агрегата, а значит, и уровень влажности воздуха в отсеках. Температура воздуха также регулировалась автоматически. Так как при изменении температуры жидкости изменяется и занимаемый ею объем, то есть меняется давление в охлаждающих трактах, в системе терморегулирования был предусмотрен компенсатор объема.

Надежность компрессорного оборудования в условиях орбитального функционирования обеспечивал сварной каркас на основе алюминиевых сплавов. Внутренняя часть, а именно холодильный контур, по которому циркулировал фреон, был изготовлен с использованием исключительно нержавеющих металлов.

Желтыми стрелочками показаны тепловые радиаторы Международной космической станции, оранжевым эллипсом — насос аммиачного хладагента.

Дальнейшее развитие получила система терморегулирования Международной космической станции. Радиаторы современной МКС работают на аммиаке. Испаряясь при комнатной температуре (при давлении в 10 атмосфер), аммиак хорошо работает в холодильном цикле, охлаждая МКС, нагревающуюся на солнце и за счет своих внутренних процессов. Внутренний контур МКС использует для охлаждения обычную воду, которая охлаждается испарением аммиака из внешнего контура. На сегодня штурные радиаторы позволяют МКС скидывать в окружающее пространство около 70 кВт тепловой мощности с возможностью увеличения теплового сброса еще на 14 кВт.

Перед разработчиками было поставлено достаточно много технических и конструкционных задач, которые удалось решить в ходе многочисленных наземных испытаний. Конструкция орбитальных кондиционеров непрерывно совершенствуется и обновляется. Это, в свою очередь, позволяет добиваться более значимых успехов для космонавтов в создании более комфортных условий пребывания на орбите.

Спецпроект "Земля – это космос" представляет: обозреватель "Вестей ФМ" Павел Анисимов рассказывает о генераторах кислорода.

"Уровень кислорода – критический! Уровень кислорода – критический!"

Без этого прибора космонавты проживут всего несколько часов. Генераторы кислорода – искусственные лёгкие орбитальной станции. Для самого первого, короткого путешествия к звёздам хватило баллона сжатого газа. Командир экипажа МКС Сергей Рязанский рассказывает, откуда сегодня на станции жизненно важный кислород.

РЯЗАНСКИЙ : И вода, и кислород доставляются грузовиками сюда, на станцию. Но и вода, и кислород – это возобновляемые ресурсы. Здесь вода собирается также для получения кислорода путём электролиза.

Российские генераторы кислорода "Электрон-ВМ" выдают сотни литров газа для дыхания в час, и они – самые продвинутые в мире. Это признаёт такой эксперт NASA, как Робин Караскуилло из Центра космических полётов Маршалла.

КАРАСКУИЛЛО : Мы должны очищать воздух. Русские опередили нас в этой области. Ещё космические аппараты "Салют" и "Мир" были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду для производства кислорода.

На космических кораблях используют самые передовые разработки человечества, и они же помогают лучше жить на Земле. Например, кислородные станции ставят в крупных офисных центрах. Сотрудники офисов, как и космонавты, работают в замкнутых помещениях, и для придания воздуху свежести в сплит-системы подают кислород. Такие установки дешевле, чем новейшие кондиционеры с функцией притока уличного воздуха. Кстати, идею подсказали инженеры NASA, говорит научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев.

МОИСЕЕВ : NASA прилагает усилия, чтобы такие вещи перевести в промышленность. Даже доплачивают и передают бесплатно патенты. У нас есть Центр передачи технологий, связанных с космосом.

Аналоги космических кислородных генераторов используют в медицине, на вредном производстве, с их помощью очищают сточные воды. А ещё они помогают выращивать осетров на специальных фермах.

"С нашего генератора подаётся кислород, получается озон. В этой ёмкости вода насыщается озоном и из этой комнаты идёт в основной цех".

Земляне вот-вот перережут "пуповину", которая связывает их с родной планетой. Готовятся масштабные экспедиции на Луну и Марс, куда не возьмёшь нужные объёмы воды и кислорода. Учёные придумали, как решить эту проблему. Они предлагают удалять из молекулы углекислого газа углерод и оставлять только О₂. Для этого используют золотую фольгу. Такая технология сработает не только в космосе. В будущем на Земле мощные генераторы смогут поглощать углекислый газ, перерабатывать его в кислород, снижая тем самым парниковый эффект.

Космические потери Маска: магнитная буря вывела из строя 40 спутников Starlink

Проект, который раньше казался фантастикой: в России спроектировали космическую электростанцию

В России может появиться принципиально новый тип электростанций. Предполагается использовать электроэнергию из космоса. Передавать ее на Землю будут с помощью лазера.

"Космические богословы": теологи NASA выяснят, не разрушит ли обнаружение инопланетян земные верования

NASA набирает отряд богословов. 24 теолога будут выяснять, как повлияет контакт с внеземными цивилизациями на устоявшиеся догматы различных конфессий. Представители самых распространённых религий уже заявили, что существование инопланетян не противоречит их учениям. Признаки инопланетной жизни может обнаружить телескоп, который NASA на днях вывело на орбиту.

Рогозин: в декабре у Роскосмоса активная пусковая программа

РОГОЗИН: У нас очень интенсивная в декабре пусковая программа. Здесь и Байконур, и Восточный, и Куру… Ракеты наши полетят и с Плесецка… Крайний запуск – 29 декабря, под елочку уже. А в следующем году у нас 2 важных события – в июле запуск "Луны" – впервые за 46 лет мы возобновляем лунную программу, и мы летим туда, куда никогда не летал Советский Союз, советская космонавтика – это южный полюс Луны […] Плюс Марс. Марс – это сентябрь, т.е. меньше года осталось до марсианской миссии…

Почему сбитый спутник вызвал дикую истерику в США?

Как одну и ту же вещь подать с совершенно разных сторон? Ситуация вокруг сбитого спутника. Какой мессидж прочли американцы, раз мы получили с их стороны дикую истерику?

Юбилейный чемпионат "Воздушно-инженерной школы" прошел на уровне

"Воздушно-инженерная школа" существует уже 10 лет, она была создана группой энтузиастов как российский вариант соревнований по запуску самодельных спутников CanSat. Сегодня ВИШ стал одним из российских профориентационных проектов для школьников и студентов, желающих получить знания в инженерно-космической отрасли. Насколько за эти 10 лет удалось приблизиться к главным целям проекта? Об этом "Вестям FM" рассказал Владимир Радченко, руководитель проекта "Воздушно-инженерная школа". Ведущий – Руслан Быстров.

Читайте также: