Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о других значениях слова «Life support», см. Life support (значения) .

Система жизнеобеспечения - это комбинация оборудования, которая позволяет выживать в окружающей среде или ситуации, которые не поддерживали бы эту жизнь в ее отсутствие. Обычно он применяется к системам, поддерживающим жизнь человека в ситуациях, когда внешняя среда враждебна, например, в космосе или под водой , или в медицинских ситуациях, когда здоровье человека находится под угрозой до такой степени, что риск смерти будет высоким без функции оборудования.

В космических полетах человека система жизнеобеспечения - это группа устройств, которые позволяют человеку выжить в космосе. Правительство США космическое агентство NASA , [1] и частных космических полетов компании используют термин экологического контроля и системы жизнеобеспечения или аббревиатуру 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 иметь дело с продуктами жизнедеятельности организма. Также может потребоваться защита от вредных внешних воздействий, таких как радиация и микрометеориты. Компоненты системы жизнеобеспечения жизненно важны, и спроектированы и построены с использованием технических средств безопасности .

При подводном погружении дыхательный аппарат считается оборудованием жизнеобеспечения, а система погружения с насыщением считается системой жизнеобеспечения - персонал, отвечающий за ее эксплуатацию, называется специалистами по жизнеобеспечению . Эту концепцию также можно распространить на подводные лодки , подводные аппараты с экипажем и атмосферные водолазные костюмы , где дыхательный газ требует обработки, чтобы оставаться пригодным для дыхания , а люди, находящиеся на борту, изолированы от давления и температуры окружающей среды.

Медицинские системы жизнеобеспечения включают в себя сердечно-легочные машины , медицинские вентиляторы и диализного оборудования.

Физиологические и метаболические потребности человека [ править ]

Члену экипажа типичного размера требуется примерно 5 кг (11 фунтов) еды , воды и кислорода в день для выполнения стандартных действий в космическом полете, и такое же количество выделяется в виде твердых отходов, жидких отходов и углекислого газа . [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, преобразованных в результате физиологических процессов организма в Произошло 0,11 кг (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 принципубаланс 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 [ править ]

В космических системах жизнеобеспечения поддерживается атмосфера, состоящая как минимум из кислорода, водяного пара и углекислого газа. Парциальное давление каждого компонента газа добавляет к общей барометрического давления .

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; см. Аполлон 1 . Кроме 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 скафандрах во время внекорабельной деятельности, где приемлемая гибкость костюма требует минимально возможного давления в воздухе .

Вода [ править ]

Члены экипажа потребляют воду для питья, уборки, терморегулирования EVA и использования в чрезвычайных ситуациях. Он должен храниться, использоваться и регенерироваться (из сточных вод) эффективно, 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 [ править ]

На сегодняшний день во всех космических полетах использовалась поставленная еда. Системы жизнеобеспечения могут включать в себя систему выращивания растений, которая позволяет выращивать пищу в зданиях или на судах. Это также регенерирует воду и кислород. Однако в космосе пока еще не летала такая система. Такую систему можно было бы спроектировать так, чтобы она повторно использовала большую часть (иначе потерянных) питательных веществ. Это достигается, например, путем компостирования туалетов, 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. Однако на сегодняшний день материально-технические и территориальные требования к внедрению такой системы являются непомерными.

Системы космических аппаратов [ править ]

Близнецы, Меркурий и Аполлон [ править ]

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

Space Shuttle [ править ]

Шаттл был первым американским космическим аппаратом, иметь похожие на Землю атмосферной смеси, включающий 22% кислорода и 78% азота. [4] Что касается космического шаттла, НАСА включает в категорию ECLSS системы, которые обеспечивают как жизнеобеспечение экипажа, так и контроль окружающей среды для полезных нагрузок. Shuttle Справочное руководство содержит разделы ECLSS на: Crew отсеком наддув кабины, кабины воздуха ревитализации системы охлаждающей воды Loop, термальным системы управления, водоснабжения и сточных вод, отходов системы сбора, очистки сточных вод бак, Airlock поддержки, Extravehicular мобильности подразделений , экипажей Высота Система защиты, охлаждение радиоизотопного термоэлектрического генератора и продувка газообразным азотом для полезных нагрузок. [5]

Союз [ править ]

Система жизнеобеспечения космического корабля «Союз» называется «Комплекс средств обеспечения жизнедеятельности» (КСОЖ). [ необходима цитата ] Восток, Вошкод и Союз содержали воздухоподобные смеси при давлении около 101 кПа (14,7 фунта на квадратный дюйм). [4]

Подключи и играй [ редактировать ]

Paragon Space Development Corporation разрабатывает включай и работайте ECLSS называется коммерческим экипаж система транспортно-воздушная ревитализация (ССТ-ARS) [6] для будущих космических аппаратов частично оплачиваемой за использование коммерческого Crew Development (НАСА CCDev ) денег. [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 загрязнения, восстановление атмосферы после пожара, фильтрация воздуха и циркуляция воздуха в кабине. [8]

Системы космических станций [ править ]

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.

Skylab [ править ]

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

Салют и Мир [ править ]

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 [ править ]

Система жизнеобеспечения для коммерческой космической станции Bigelow разрабатывается компанией Bigelow Aerospace в Лас-Вегасе, штат Невада . Космическая станция будет построена жилой Sundancer и В 330 модулей с возможностью расширения космических аппаратов. По состоянию на октябрь 2010 года, « человек-в-цикле тестирования контрольной и системы жизнеобеспечения окружающей среды (ECLSS)» для Сандансер началась. [9]

Природные системы [ править ]

Природные LSS, такие как « Биосфера 2» в Аризоне, были протестированы 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 использованием топлива. Естественные системы обладают высочайшей эффективностью за счет интеграции множества функций. Они также создают подходящую атмосферу для людей, которая необходима для более длительного пребывания в космосе.

Подводная среда и среда обитания для дайвинга [ править ]

См. Также: « Насыщенный дайвинг» и « Подводная среда обитания».

Подводные среды обитания и жилые помещения с насыщением на поверхности обеспечивают жизнедеятельность своих обитателей в течение периодов от нескольких дней до недель. Пассажиры не могут немедленно вернуться к атмосферному давлению на поверхности из-за декомпрессионных обязательств продолжительностью до нескольких недель.

Система жизнеобеспечения жилых помещений с насыщением поверхности обеспечивает дыхательный газ и другие услуги для поддержания жизни персонала, находящегося под давлением. Он включает в себя 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.
  • Оборудование для КИПиА, управления, мониторинга и связи
  • Системы пожаротушения
  • Системы санитарии

Подводные среды обитания уравновешивают внутреннее давление с окружающим внешним давлением, позволяя обитателям свободный доступ к окружающей среде в определенном диапазоне глубин, в то время как водолазы насыщения, размещенные в надводных системах, переносятся под давлением на рабочую глубину в закрытом водолазном колоколе.

Система жизнеобеспечения колокола обеспечивает и контролирует подачу дыхательного газа , а станция управления контролирует развертывание и связь с водолазами. Первичная подача газа, питание и связь с колоколом 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. Контроль и управление температурой, влажностью, качеством дыхательного газа и работой оборудования. [11]

Экспериментальные системы жизнеобеспечения [ править ]

MELiSSA [ править ]

Альтернатива микроэкологической системы жизнеобеспечения ( MELiSSA ) - это инициатива Европейского космического агентства , задуманная как экосистема на основе микроорганизмов и высших растений, предназначенная как инструмент для понимания поведения искусственных экосистем и для разработки технологий. для будущей регенеративной системы жизнеобеспечения для долгосрочных пилотируемых космических полетов.

CyBLiSS [ править ]

CyBLiSS («Системы жизнеобеспечения на основе цианобактерий») - это концепция, разработанная исследователями из нескольких космических агентств ( НАСА , Немецкий аэрокосмический центр и Итальянское космическое агентство ), которые будут использовать цианобактерии для переработки ресурсов, доступных на Марсе, непосредственно в полезные продукты, и в субстраты [ требуется разъяснение ] для других ключевых организмов биорегенеративной системы 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 миссию и повысить безопасность. Несмотря на то, что CyBLiSS разрабатывается независимо, он будет дополнять другие проекты BLSS (например, MELiSSA), поскольку он может соединять их с материалами, найденными 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.

См. Также [ править ]

  • Биорегенеративная система жизнеобеспечения  (BLSS) - Искусственная экосистема
  • Замкнутая экологическая система  - Экосистема, не обменивающаяся веществом с внешним миром.
  • Влияние космического полета на организм человека  - медицинские последствия космического полета
  • Система экологического контроля
  • Международная конференция по экологическим системам  - конференция по технологиям пилотируемых космических полетов и человеческому фактору в космосе
  • МКС ECLSS
  • Система первичного жизнеобеспечения  - устройство жизнеобеспечения скафандра
  • Saturation diving system  - установка для поддержки проектов насыщенного дайвинга.
  • Тепловой контроль космического корабля
  • Подводная лодка # Системы жизнеобеспечения  - Судно, способное к автономной работе под водой.

Сноски [ править ]

  1. ↑ НАСА, 2008 г.
  2. ^ Барри 2000 .
  3. ^ Sulzman & Генин 1994 .
  4. ^ а б в г Дэвис, Джонсон и Степанек 2008 .
  5. ^ НАСА-HSF
  6. ^ Проекты Paragon
  7. ^ НАСА 2010
  8. ^ Пресс-релиз Paragon
  9. ^ Волонтеры Бигелоу
  10. ^ a b Кроуфорд, Дж. (2016). «8.5.1 Системы восстановления гелия». Практика морской установки (пересмотренная ред.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 150–155. ISBN 9781483163192.
  11. ^ a b Персонал ВМС США (2006 г.). «15» . Руководство по дайвингу ВМС США, 6-е издание . Соединенные Штаты: Командование военно-морских систем США . Проверено 15 июня 2008 года .
  12. ^ Verseux, Сиприян; 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 ... 65V . DOI : 10.1017 / S147355041500021X .

Ссылки [ править ]

  • Барри, Патрик Л. (13 ноября 2000 г.). «Легкое дыхание на космической станции» . Наука @ НАСА. Архивировано из оригинального 21 сентября 2008 года.
  • Белл, Труди Э. (11 мая 2007 г.). «Профилактика» заболевших «космических кораблей» . Наука @ НАСА. Архивировано из оригинального 20 июля 2012 года.
  • «Волонтеры тестируют оборудование жизнеобеспечения Бигелоу» . Авиационная неделя . 22 октября 2010 . Проверено 23 октября 2010 года .
  • Дэвис, Джеффри Р .; Джонсон, Роберт и Степанек, Ян (2008). Основы аэрокосмической медицины . XII . Филадельфия, Пенсильвания, США: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. С. 261–264.
  • "Система экологического контроля и жизнеобеспечения Международной космической станции" (PDF) . НАСА . Проверено 11 декабря 2010 года .
  • "Коммерческий экипаж и грузовой образец CCDev" . НАСА. 30 ноября 2010 г.
  • «HSF - Шаттл: система экологического контроля и жизнеобеспечения» . НАСА.
  • «Проекты Paragon» . Идеал. Январь 2011. Архивировано из оригинала 24 июня 2011 года.
  • «Пресс-релиз - Paragon Space Development Corporation завершила все этапы разработки программы развития коммерческих экипажей НАСА» . Корпорация Paragon Space Development. Архивировано из оригинала на 31 января 2013 года . Проверено 25 ноября 2012 года .
  • Зульцман, FM; Генин А.М. (1994). Космос, биология и медицина, т. II: жизнеобеспечение и пригодность для жилья . Американский институт аэронавтики и астронавтики.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Эккарт, Питер. Обеспечение жизнедеятельности космических полетов и биосфера . Торранс, Калифорния: Microcosm Press; 1996. ISBN 1-881883-04-3 . 
  • Ларсон, Уайли Дж. И Пранке, Линда К., ред. Полет человека в космос: анализ и дизайн миссии . Нью-Йорк: Макгроу Хилл; 1999. ISBN 0-07-236811-X . 
  • Рид, Рональд Д. и Колтер, Гэри Р. Физиология космических полетов - 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 К. Системы внекорабельной деятельности - Глава 22: 707–738.
  • Виланд, Пол О., Проектирование с учетом присутствия человека в космосе: Введение в системы экологического контроля и жизнеобеспечения . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, справочная публикация НАСА RP-1324, 1994 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Система экологического контроля и жизнеобеспечения (NASA-KSC)
  • Посвящение и потение создают систему жизнеобеспечения следующего поколения (НАСА, осень 2007 г.)
  • Аэрокосмическая биомедицина и инженерия жизнеобеспечения (страница MIT OpenCourseWare - весна 2006 г.)
  • Space Advanced Life Support (страница курса Purdue - весна 2004 г.)
  • Расширенная поддержка жизни для миссий на Марс
  • Продвинутая система жизнеобеспечения Mars
  • Системы жизнеобеспечения Mars
  • Публикации о системах жизнеобеспечения Mars
  • Личная гигиена в космосе (Канадское космическое агентство)
  • Растения будут иметь решающее значение для систем жизнеобеспечения человека в космосе