8.3.Технологии жизнеобеспечения.

8.3.1. Сжо, основанные на запасах.

Химически связанный кислород и химические поглотители СО₂

Значительные преимущества по удобству хранения и простоте эксплуатации представляет применение запасов химически связанного кислорода в форме твердых тел.

Существует несколько твердых веществ, содержащих кислород. (озониды, надперекиси и перхлораты щелочных металлов).

Табл. 5.1.

Кислородсодержащие вещества

№	Вещество	Химическая формула	Содержание кислорода кг/кг	Плотность г/см3
1	Надперекись натрия	NaO2	0,436	-
2	Надперекись калия	KO2	0,338	0,655
3	Надперекись кальция	Ca(O2)2	0,46	-
4	Перхлорат лития	LiClO3	0,6	2,43
5	Хлорат натрия	NaClO3	0,451	2,26
6	перекись водорода	H2O2	0,471	1,42

Особенность надперекисей в том, что они одновременно являются источниками О₂ и поглотителями СО₂. Реакция при очистке атмосферы идет в 2 стадии. Сначала вещество реагирует с парами воды, выделяя О₂.

2 КО₂ + Н₂О = 2КОН + 3/2 О₂

Затем образовавшаяся щелочь реагирует с СО₂.

2 КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О (ж)

Реакции идут с выделением тепла.

Криогенный кислород и химические поглотители СО₂

При температуре 90^оК (- 180^оС) О₂ переходит в жидкое состояние с плотностью 1,1 г/см₃ и может храниться при давлении, близком к атмосферному. Основные технические трудности создания таких систем связаны с терморегулированием и действием невесомости.

Терморегулирование криогенных емкостей обеспечивается ЭВТИ и должно обеспечивать теплоприток 2Вт. Выполнить это очень сложно.

Невесомость приводит к перемешиванию в емкости жидкости и газовых пузырей, что затрудняет подачу О₂. Практическая рекомендация – повышение давления в емкости до 5 Мпа (при Т = 154^оК: – 120^оС).

Относительная масса баков в этой системе снижается с 2,0 кг/кг до 0,3-0,7 кг/кг.

Наиболее простая система СОА – использование гидроокисей щелочных металлов. Особенно выгоден LiOH. Тем не менее на СОА приходится до 60% общей массы СОГС. Поэтому возможно повышение эффективности поглощения путем регенерации поглотителей после их насыщения. Наиболее интересен метод поглощения СО₂ адсорбентами с последующей его десорбцией (вакуумированием либо нагревом).

Средства регулирования температуры и влажности воздуха.

Для выполнения этих задач должны обеспечиваться:

- отвод из атмосферы жилого отсека тепла, выделяемого экипажем и оборудованием, расположенным в отсеке, и передача тепла в общую систему терморегулирования ПКК;

- сбор и удаление из атмосферы паров воды, выделяемых экипажем с дыханием и через кожу, также выделяемых из технических средств (умывальник, душ и др.

Сбор влаги из атмосферы производится в ХСА на охлаждаемых поверхностях теплообменников. При этом одним этим агрегатом решаются обе задачи. При прохождении воздуха, подаваемого в ХСА вентилятором, вблизи охлажденных поверхностей трубчатого газо-жидкостного теплообменника (ГЖТ) содержащиеся в воздухе пары воды осаждаются на поверхности в виде пленки (конденсата). В условиях невесомости эта нарастающая со временем пленка конденсированной воды будет увеличивать тепловое сопротивление процесса теплоотдачи от воздуха к поверхности и должна удаляться. Обычно для этого в ХСА применяют гигрофильные (смачиваемые) фитили, по которым под действием капиллярных сил вода отсасывается в промежуточный сборник конденсата. Из этого сборника вода перекачивается насосом в основной сборник конденсата, также заполненный пористым влагопоглощающим материалом. Воздух, захватываемый при отсосе жидкости из сборника, отделяется от капель воды и возвращается в жилой отсек.

Расчеты показывают, что для осушки воздуха с Т = +20^оС и φ = 70% необходима температура холодной поверхности ниже +14^оС, а при влажности φ = 30% - ниже +3^оС

Средства водообеспечения и обеспечения питанием.

Основные задачи:

- гарантии высокого качества воды при длительном хранении;

- возможность хранения, подачи и удобства использования воды в невесомости.

При хранении вода быстро теряет свои вкусовые качества даже в стеклянных сосудах. При наличии контакта с металлом или полимерами вода приобретает неприятный привкус из-за перехода в нее ионов соединений металла или органических соединений. Хранение воды при комнатной температуре может привести к росту в ней микрофлоры (болезнетворных бактерий).

Эти факторы требуют специального выбора материалов, находящихся в контакте в водой, и специальных мер подавления роста микрофлоры.

Для удобства пользования и подачи воды в невесомости требуется специальная конструкция емкости.

Одной из таких конструкций является металлическая емкость с помещенной внутри эластичной оболочкой, ограничивающей в невесомости объем, занимаемый водой. Космонавт потребляет воду через мундштук с запорным устройством, соединенный с емкостью гибким шлангом. На входе воды в мундштук устанавливается фильтр с активированным углем для поглощения привкусов и бактериальной очистки.

Для обеспечения надежной герметизации эластичная емкость изготавливается двухслойной. Наиболее эффективна консервация воды и подавление микрофлоры обработкой воды ионами серебра в концентрации до 0,1 мг/л. При этом вода длительное время сохраняет свои вкусовые и физико-химические свойства (до полугода). Для повышения надежности бактериальной очистки воды препараты серебра вводятся также в состав активированного угля фильтра перед мундштуком.

В длительных полетах независимо от наличия на борту регенерации воды в состав средств водообеспечения вводится устройство для подогрева и дозированной подачи холодной и горячей воды, что необходимо для приготовления пищи и для гигиенических процедур. Подача воды из такого устройства производится под давлением порциями в несколько десятков см³ и управляется космонавтом с пульта.

Рацион питания экипажа должен удовлетворять ряду требований.

А. Основное требование – сбалансированность рациона по энерготратам экипажа и полноценность по составу пищевых веществ. Соотношение белков, жиров и углеводов: 1:1:3. Неусвояемые вещества (например, клетчатка) должны содержаться в незначительных количествах.

Различные продукты содержат различное количество пищевых веществ. Поэтому для сбалансированного питания используются рационы, составленные из разных продуктов.

Б. Продукты питания должны храниться при комнатной температуре без ущерба для качества.

В. Устройства для приготовления и приема пищи должны обеспечивать удобство пользования ими в условиях невесомости.

Г. Пища не должна крошиться, так как крошки могут попасть в атмосферу, а из нее – в глаза и дыхательные пути.

Питание – не просто потребление веществ заданного количества и состава. Это процесс, в котором сочетаются физиологические и психологические аспекты. Поэтому меню должно включать продукты, привычные для космонавтов. Они на тренировках привыкают к рациону. Кроме того обычно состав рационов подбирается индивидуально для каждого члена экипажа, с учетом его пожеланий. По этой причине, например, состав рационов российских и американских космонавтов несколько различаются.

Прием пищи в космосе целесообразно осуществлять в определенные часы в соответствии с биоритмом пищеварительной системы. В космосе применяется четырехразовое питание. Пример распределения рациона по калорийности:

1-й завтрак – 26%,

2-й завтрак – 21%,

Обед – 30%,

Ужин – 23%.

К настоящему времени разработано несколько способов хранения продуктов питания на борту ПКК.

При кратковременных полетах используются следующие способы.

1. Пюреобразные и жидкие продукты консервируются (стерилизуются при повышенной температуре) и хранятся в мягких алюминиевых тубах с резьбовыми крышками. Объем туб – 160 г. В таком виде хранятся мясоовощные смеси, паштеты, соки, кофе, молочные продукты.

2. Натуральные продукты – готовые мясные и рыбные блюда, хлеб, фрукты – расфасовываются порциями на одноразовый прием, стерилизуются и герметично упаковываются в пакеты из пленки.

В состав средств обеспечения питанием входят:

- набор суточных рационов питания в пакетах;

- контейнеры для хранения рационов;

- приспособления для приготовления и приема пищи – ключи для открывания туб и консервов, столовые приборы, электроподогреватель пищи в тубах;

- контейнеры для сбора отходов (упаковка и остатки пищи).

Перечисленные продукты питания при общей суточной массе рациона 1,0 – 1,1 кг/чел.сут. содержат 0,5кг/чел.сут воды.

С увеличением длительности полета, при использовании систем регенерации воды целесообразно применение лиофилизированных продуктов, не содержащих воды. Они обезвоживаются в вакууме при отрицательной температуре, из-за чего замерзшая в капиллярах вода удаляется сублимацией (испарением льда). Это способ обработки пищи обеспечивает сохранение питательных, витаминных и вкусовых качеств продуктов и обеспечивает длительное их хранение на борту ПКК в холодильниках.

Перед употреблением лиофилизированной пищи она распаковывается и насыщается подогретой водой с температурой 45 – 50^оС, после чего практически полностью восстанавливаются свойства свежих продуктов. При использовании лиофилизированной пищи занимаемый ею объем существенно снижается. При использовании для восстановления натуральной влажности пищи путем ее гидратации масса суточного рациона уменьшается на 0,3 – 0,5 кг/чел.сут.

В длительных полетах используются также свежезамороженные продукты. Для этого в состав средств обеспечения питанием вводятся холодильники с температурой хранения +5^оС и морозильники с температурой хранения -30^оС и средства быстрого приготовления свежезамороженных продуктов, например, электропечи.

Средства санитарно-гигиенического обеспечения и удаления отходов. Душ.

Санитарно-гигиенические средства делят на 2 группы: АСУ и системы личной гигиены.

АСУ предназначено для сбора и последующей транспортировки выделений человека: урины, фекалий и рвотных масс.

Системы личной гигиены предназначены для санитарно-гигиенической обработки тела, полости рта, волос и ногтей.

Основное требование к этим средствам – недопущение попадания отходов в атмосферу отсека и немедленное принудительное удаление их от тела человека. Для транспортировки отходов в невесомости используется воздух жилого отсека.

АСУ выполняются с раздельным удалением урины и фекалий.

Мочеприемник в виде воронки заканчивается фильтром, предотвращающим случайное попадание предметов в пневмопровод. Сборник фекалий имеет сменный вкладыш, крепящийся на выступах буртика в виде кольца на сиденье унитаза и прижимаемый седлом. Вкладыш выполнен из водо-воздухонепроницаемого материала. Внутри крепится тканевая сетка-фильтр, задерживающая фекалии.

Сверху АСУ герметично закрывается крышкой и фиксируется замком. При открытии крышки концевой выключатель замыкает электрическую цепь и включает вентилятор, установленный в системе сбора урины, обеспечивающий прокачку воздуха из отсека через моче-калоприемник в адсорбционный фильтр для очистки перед возвратом в отсек.

Бортовая душевая установка должна обеспечивать:

- минимальный расход электроэнергии при работе,

- экономичное и эффективное использование запасов воды и моющих средств,

- удобство дозированной подачи воды и удаление использованной воды в невесомости,

- необходимые комфортные тепловые условия.

Душ должен исключать попадание моющих средств, запахов, паров и капель воды в жилой отсек.

Минимальное количество воды на одну помывку – 2,5 – 3 кг; скорость подачи воды 0,2 – 0,8 кг/мин, комфортная температура воды 40 - 41 ^оС.

Удаление капель воды из объема душевой кабины производится в невесомости потоком воздуха, который затем отделяется от воды в сепараторе.

Основные энергозатраты душа – на нагрев воды и вентилятор.

Г азы

В ода

Т вердые вещества

С вет

В

БРТВ

ода

ПВР

Тр