Система жизнеобеспечения - Life-support system

Чтобы узнать о другом использовании «жизнеобеспечения», см. Жизнеобеспечение (значения).

А система жизнеобеспечения представляет собой комбинацию оборудования, которая позволяет выжить в окружающей среде или ситуации, которая не поддерживает эту жизнь в ее отсутствие. Обычно он применяется к системам, поддерживающим жизнь человека в ситуациях, когда внешняя среда враждебна, например, в Космос или же подводный, или медицинские ситуации, когда здоровье человека подвергается риску до такой степени, что риск смерти будет высоким без функционирования оборудования.

В полет человека в космос Система жизнеобеспечения - это группа устройств, которые позволяют человеку выжить в космосе. НАСА,[1] и частный космический полет компании используют термин система экологического контроля и жизнеобеспечения или акроним ECLSS при описании этих систем.[2] Система жизнеобеспечения может подавать воздух, воду и пищу. Он также должен поддерживать правильную температуру тела, приемлемое давление на тело и работать с продуктами жизнедеятельности организма. Также может потребоваться защита от вредных внешних воздействий, таких как радиация и микрометеориты. Компоненты системы жизнеобеспечения: жизненно важный, и спроектированы и построены с использованием техника безопасности техники.

В подводное плавание, дыхательный аппарат считается оборудованием жизнеобеспечения, и система насыщенного дайвинга считается системой жизнеобеспечения - персонал, ответственный за ее эксплуатацию, называется техники жизнеобеспечения. Эту концепцию также можно расширить до подводные лодки, с экипажем подводные аппараты и атмосферные гидрокостюмы, где дыхательный газ требует лечения, чтобы оставаться пригодными для дыхания, и люди изолированы от внешнего давления и температуры.

Медицинские системы жизнеобеспечения включают: аппараты искусственного кровообращения, аппараты искусственной вентиляции легких и диализ оборудование.

Физиологические и метаболические потребности человека

Члену экипажа типичного размера требуется примерно 5 кг (11 фунтов) еда, воды, и кислород в день для выполнения стандартных действий в космическом полете, и выдает такое же количество в виде твердых отходов, жидких отходов и углекислый газ.[3] Массовая разбивка этих метаболических параметров выглядит следующим образом: 0,84 кг (1,9 фунта) кислорода, 0,62 кг (1,4 фунта) пищи и 3,54 кг (7,8 фунта) потребляемой воды, преобразованные в результате физиологических процессов организма в 0,11 кг ( Произведено 3,9 унции твердых отходов, 3,89 кг (8,6 фунта) жидких отходов и 1,00 кг (2,20 фунта) диоксида углерода. Эти уровни могут варьироваться в зависимости от уровня активности конкретного задания миссии, но должны соответствовать принципу баланс массы. Фактическое использование воды во время космических полетов обычно вдвое превышает указанное значение, в основном из-за небиологического использования (например, принятия душа). Кроме того, объем и разнообразие отходов варьируется в зависимости от продолжительности миссии, включая волосы, ногти, шелушение кожи и другие биологические отходы в миссиях продолжительностью более одной недели. Другие факторы окружающей среды, такие как радиация, гравитация, шум, вибрация и освещение, также влияют на физиологическую реакцию человека в космосе, хотя и не с более быстрым эффектом, чем метаболические параметры.

Атмосфера

В космических системах жизнеобеспечения поддерживается атмосфера, состоящая как минимум из кислорода, водяного пара и двуокиси углерода. В частичное давление каждого компонента газа добавляет к общему барометрическое давление.

Однако устранение разбавляющих газов существенно увеличивает риск возгорания, особенно при наземных операциях, когда по конструктивным причинам общее давление в кабине должно превышать внешнее атмосферное давление; видеть Аполлон 1. Более того, кислородное отравление становится фактором при высоких концентрациях кислорода. По этой причине большинство современных пилотируемых космических кораблей используют атмосферу обычного воздуха (азот / кислород) и используют чистый кислород только в скафандры в течение выход в открытый космос где приемлемая гибкость костюма требует минимально возможного давления накачки.

Вода

Члены экипажа потребляют воду для питья, уборки, терморегулирования EVA и использования в чрезвычайных ситуациях. Его необходимо эффективно хранить, использовать и восстанавливать (из сточных вод), поскольку в настоящее время на месте не существует источников для окружающей среды, достигнутой в ходе освоения космоса человеком. В будущих лунных миссиях может использоваться вода, полученная из полярных льдов; Марсианские миссии могут использовать воду из атмосферы или ледяные отложения.

Еда

На сегодняшний день во всех космических полетах использовалась поставленная еда. Системы жизнеобеспечения могут включать систему выращивания растений, которая позволяет выращивать пищу в зданиях или на судах. Это также регенерирует воду и кислород. Однако в космосе еще не летала такая система. Такая система может быть спроектирована так, чтобы повторно использовать большинство (иначе потерянных) питательных веществ. Это делается, например, компостирующие туалеты которые реинтегрируют отходы (экскременты) обратно в систему, позволяя питательным веществам поглощаться пищевыми культурами. Пища, полученная из урожая, затем снова потребляется пользователями системы, и цикл продолжается. Тем не менее, материально-технические и территориальные требования к внедрению такой системы на сегодняшний день являются непомерными.

Системы космических аппаратов

Близнецы, Меркурий и Аполлон

Американские космические корабли «Меркурий», «Близнецы» и «Аполлон» содержали 100% кислородную атмосферу, подходящую для краткосрочных миссий, чтобы минимизировать вес и сложность.[4]

Космический шатл

В Космический шатл был первым американским космическим кораблем, который имел атмосферную смесь земного типа, состоящую из 22% кислорода и 78% азота.[4] Что касается космического челнока, НАСА включает в категорию ECLSS системы, которые обеспечивают как жизнеобеспечение экипажа, так и контроль окружающей среды для полезных нагрузок. В Справочное руководство Shuttle содержит разделы ECLSS, посвященные: наддува кабины экипажа, восстановлению воздуха в кабине, системе контура водяного охлаждения, системе активного терморегулирования, подаче и сточным водам, системе сбора отходов, резервуару для сточной воды, поддержке шлюзовой камеры, Подразделения для передвижения в открытом космосе, Система защиты экипажа на высоте и охлаждение радиоизотопного термоэлектрического генератора и продувка газообразным азотом для полезных нагрузок.[5]

Союз

Система жизнеобеспечения на Космический корабль Союз называется Комплекс Средств Обеспечения Жизнедеятельности (КСОЖ).[нужна цитата ]Восток, Вошкод и Союз содержали воздухоподобные смеси при давлении около 101 кПа (14,7 фунтов на квадратный дюйм).[4]

Подключи и играй

В Paragon Space Development Corporation разрабатывает plug and play ECLSS под названием коммерческая транспортно-воздушная система оживления экипажа (CCT-ARS)[6] для будущего космического корабля, частично оплаченного за использование НАСА Commercial Crew Development (CCDev ) Деньги.[7]

CCT-ARS обеспечивает семь основных функций жизнеобеспечения космического корабля в высокоинтегрированной и надежной системе: контроль температуры воздуха, удаление влажности, удаление углекислого газа, удаление следов загрязняющих веществ, восстановление атмосферы после пожара, фильтрация воздуха и циркуляция воздуха в кабине.[8]

Системы космических станций

Системы космических станций включают технологию, которая позволяет людям жить в космосе в течение длительного периода времени. Такая технология включает системы фильтрации для удаления отходов жизнедеятельности человека и производства воздуха.

Скайлаб

Skylab использовал 72% кислорода и 28% азота при общем давлении 5 фунтов на квадратный дюйм.[нужна цитата ]

Салют и Мир

Космические станции Салют и Мир содержали подобную воздуху смесь кислорода и азота при давлении примерно на уровне моря от 93,1 кПа (13,5 фунтов на квадратный дюйм) до 129 кПа (18,8 фунтов на квадратный дюйм) с содержанием кислорода от 21% до 40%.[4]

Коммерческая космическая станция Бигелоу

Система жизнеобеспечения Коммерческая космическая станция Бигелоу разрабатывается Bigelow Aerospace в Лас Вегас, Невада. В космическая станция будут построены из жилых Sundancer и BA 330 расширяемые модули космических кораблей. По состоянию на октябрь 2010 г. "человек-в-петле тестирование системы экологического контроля и жизнеобеспечения (ECLSS) »на Sundancer началось.[9]

Природные системы

Естественный LSS как Биосфера 2 в Аризоне прошли испытания для будущих космических путешествий или колонизации. Эти системы также известны как закрытые экологические системы. У них есть преимущество использования солнечной энергии только в качестве первичной энергии и независимости от материально-технической поддержки с топливом. Натуральные системы обладают высочайшей эффективностью благодаря интеграции множества функций. Они также создают подходящую атмосферу для людей, которая необходима для более длительного пребывания в космосе.

Подводная среда и среда обитания для насыщенного дайвинга

Смотрите также: Насыщенный дайвинг и Подводная среда обитания

Подводные среды обитания и жилые помещения с насыщением на поверхности обеспечивают жизнеобеспечение своих обитателей на период от нескольких дней до недель. От немедленного возврата к приземному атмосферному давлению обитатели не могут декомпрессия обязательства до нескольких недель.

Система жизнеобеспечения жилых помещений с насыщением поверхности обеспечивает дыхательный газ и другие услуги для поддержания жизни персонала, находящегося под давлением. В его состав входят следующие компоненты:[10] Подводные среды обитания отличаются тем, что внешнее давление окружающей среды такое же, как внутреннее давление, поэтому некоторые инженерные задачи упрощаются.

  • Объекты сжатия, смешения и хранения газа
  • Система климат-контроля камеры - контроль температуры и влажности, фильтрация газа
  • Контрольно-измерительное, контрольно-измерительное и коммуникационное оборудование
  • Системы пожаротушения
  • Системы санитарии

Подводные среды обитания уравновешивают внутреннее давление с внешним давлением окружающей среды, позволяя обитателям свободный доступ к окружающей среде в определенном диапазоне глубин, в то время как водолазы насыщения, размещенные в наземных системах, передан под давлением на рабочую глубину в закрытый водолазный колокол

Система жизнеобеспечения звонка обеспечивает и контролирует основное снабжение дыхательный газ, а станция управления контролирует развертывание и связь с водолазами. Первичная подача газа, питание и связь с колпаком осуществляется через шлангокабель колокола, состоящий из нескольких шлангов и электрических кабелей, скрученных вместе и развернутых как единое целое.[11] Это распространяется на дайверов через водолазные шланги.[10]

Система жизнеобеспечения жилых помещений поддерживает условия в камере в пределах, приемлемых для здоровья и комфорта обитателей. Температура, влажность, система санитарной очистки дыхательного газа и работа оборудования контролируются и контролируются.[11]

Экспериментальные системы жизнеобеспечения

Мелисса

Альтернатива микроэкологической системе жизнеобеспечения (Мелисса ) это Европейское космическое агентство возглавил инициативу, задуманную как экосистема на основе микроорганизмов и высших растений, предназначенная как инструмент для понимания поведения искусственных экосистем и для разработки технологии для будущей регенеративной системы жизнеобеспечения для долгосрочных пилотируемых космических полетов.

CyBLiSS

CyBLiSS («Системы жизнеобеспечения на основе цианобактерий») - концепция, разработанная исследователями из нескольких космических агентств (НАСА, то Немецкий аэрокосмический центр и Итальянское космическое агентство ) который будет использовать цианобактерии перерабатывать ресурсы, доступные на Марсе, непосредственно в полезные продукты и субстраты[требуется разъяснение ] для других ключевых организмов Биорегенеративная система жизнеобеспечения (BLSS).[12] Цель состоит в том, чтобы сделать будущие обитаемые аванпосты на Марсе как можно более независимыми от Земли (исследователи, живущие «за пределами суши»), чтобы снизить затраты на миссии и повысить безопасность. Несмотря на то, что CyBLiSS разрабатывалась независимо, она могла бы дополнять другие проекты BLSS (например, MELiSSA), поскольку он может соединять их с материалами, обнаруженными на Марсе, тем самым делая их там устойчивыми и расширяемыми. Вместо того, чтобы полагаться на замкнутый цикл, новые элементы, обнаруженные на месте, могут быть добавлены в систему.

Смотрите также

Сноски

  1. ^ НАСА, 2008 г.
  2. ^ Барри 2000.
  3. ^ Сульцман и Генин 1994.
  4. ^ а б c d Дэвис, Джонсон и Степанек, 2008 г..
  5. ^ НАСА-HSF
  6. ^ Проекты Paragon
  7. ^ НАСА 2010
  8. ^ Пресс-релиз Paragon
  9. ^ Волонтеры Бигелоу
  10. ^ а б Кроуфорд, Дж. (2016). «8.5.1 Системы восстановления гелия». Практика морской установки (переработанная ред.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 150–155. ISBN  9781483163192.
  11. ^ а б Персонал ВМС США (2006 г.). "15". Руководство по дайвингу ВМС США, 6-е издание. Соединенные Штаты: Командование военно-морских систем США. Получено 15 июн 2008.
  12. ^ Verseux, Cyprien; Баке, Микаэль; Лехто, Кирси; де Вера, Жан-Пьер П .; Ротшильд, Линн Дж .; Билли, Даниэла (3 августа 2015 г.). «Устойчивое жизнеобеспечение на Марсе - потенциальная роль цианобактерий». Международный журнал астробиологии. 15: 65–92. Bibcode:2016IJAsB..15 ... 65В. Дои:10.1017 / S147355041500021X.

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Эккарт, Питер. Обеспечение жизнедеятельности космических полетов и биосфера. Торранс, Калифорния: Microcosm Press; 1996 г. ISBN  1-881883-04-3.
  • Ларсон, Уайли Дж. И Пранке, Линда К., ред. Полет человека в космос: анализ и разработка миссии. Нью-Йорк: Макгроу Хилл; 1999 г. ISBN  0-07-236811-X.
  • Рид, Рональд Д. и Колтер, Гэри Р. Физиология космического полета - Глава 5: 103–132.
  • Эккарт, Питер и Долл, Сьюзен. Система экологического контроля и жизнеобеспечения (ECLSS) - Глава 17: 539–572.
  • Гриффин, Брэнд Н., Спампинато, Фил, и Уайлд, Ричард С. Системы внекорабельной деятельности - Глава 22: 707–738.
  • Виланд, Пол О., Проектирование с учетом присутствия человека в космосе: введение в системы контроля окружающей среды и жизнеобеспечения. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, справочная публикация НАСА RP-1324, 1994 г.

внешняя ссылка