Скафандр представляет собой защитный костюм носили высотных пилотов , которые могут летать на высотах , где атмосферное давление слишком низкое для незащищенного человека , чтобы выжить, даже дышать чистым кислородом при избыточном давлении . Такие костюмы могут быть как с полным давлением (например, скафандр ), так и с частичным давлением (как используются летными экипажами ). Костюмы с частичным давлением работают, создавая механическое противодавление, помогая дышать на высоте.
Фон [ править ]
Область от уровня моря до примерно 3000 м (10000 футов) известна как физиологически эффективная зона . Уровни кислорода обычно достаточно высоки, чтобы люди могли функционировать без дополнительного кислорода, и декомпрессионная болезнь возникает редко.
Зона физиологического дефицита простирается от 3600 м (12000 футов) до примерно 15000 м (50 000 футов). Существует повышенный риск таких проблем, как гипоксия , дисбаризм захваченного газа (когда газ, захваченный в теле, расширяется) и дисбаризм выделяющегося газа (когда растворенные газы, такие как азот, могут образовываться в тканях, то есть декомпрессионная болезнь ). [1] На высоте примерно 10 000 м (33 000 футов) дыхательная смесь, обогащенная кислородом.требуется для приблизительного количества кислорода, доступного в нижних слоях атмосферы, а на высоте более 12 000 м (40 000 футов) кислород должен находиться под положительным давлением. На высоте более 15 000 м (49 000 футов) дыхание невозможно, поскольку давление, при котором легкие выделяют углекислый газ (приблизительно 87 мм рт. Ст.), Превышает давление внешнего воздуха. Выше 19 000 м (62 000 футов), также известная как предел Армстронга , жидкости в горле и легких будут выкипать. Обычно 100% кислород используется для поддержания эквивалентной высоты 3000 м (10000 футов).
Методы работы [ править ]
Как правило, скафандры работают либо за счет косвенного сжатия человеческого тела, либо за счет прямого сжатия.
Непрямое сжатие [ править ]
Непрямое сжатие обычно осуществляется путем помещения тела в газовую оболочку. Для этого типа проектные усилия сосредоточены на сжатии и сдерживании газа при равном давлении вокруг тела при движении носителя и отсутствии давления газа или ограждающей оболочки костюма, ограничивающей движения тела носящего.
Поддерживать постоянное давление газа при движении человека сложно, потому что внутренний объем надувного костюма простой конструкции будет изменяться при сгибании суставов тела. Давление газа постоянно пытается подтолкнуть тело пользователя к положению, при котором костюм накачан до максимального объема воздуха. Двигаться против этого давления газа может быть очень сложно и очень утомительно для владельца костюма, что ограничивает объем работы, которую можно выполнить с помощью костюма.
Костюмы непрямого сжатия обычно требуют сложных ребристых механических структур на стыках, которые создают гибкие, но неэластичные складки или карманы на коже костюма, которые действуют для поддержания постоянного объема воздуха в костюме при движении пользователя. Эти карманы существуют с обеих сторон гибкого соединения и предназначены для совместной работы в тандеме, так что, когда соединение сгибается, складки на одной стороне соединения сжимаются и сжимаются в объеме, в то время как складки на противоположной стороне будут расслабиться и расшириться в объеме. Ребристые конструкции обычно крепятся проволочными тросами или тканевыми ремнями, чтобы ограничить их движение и предотвратить необычные режимы изгиба, которые могут натирать тело пользователя. Проволочные петли также ограничивают сложные складки, которые, если их высвободить, могут развернуться и выдвинуться на более чем метр длиннее, чем тело пользователя.
Эти шарнирные конструкции с постоянным объемом значительно снижают утомляемость пользователя, так что ему не нужно постоянно бороться с давлением костюма.
Прямое сжатие [ править ]
Прямое сжатие включает приложение давления непосредственно к человеческому телу с использованием материала костюма, обычно без дополнительной газовой оболочки вокруг пользователя, которая вместо этого обеспечивается внешней жесткой конструкцией кабины, окружающей человека.
Один метод, используемый для этого, известен как костюм кабестана, в котором используется сжимаемая надувная трубка, известная как шпиль, окруженная чередующимися тканевыми полосками, которые оборачиваются вокруг воздушной трубки и прикрепляются к неэластичной ткани, которая точно соответствует форме тела пользователя. .
Чтобы обеспечить индивидуальную плотную посадку по форме на теле пользователя, по длине каждой конечности есть группы шнурков. Молнии также могут проходить по всей длине, чтобы оставить место для костюма. Чтобы оказать давление, трубка ведущего вала находится под давлением, которое расширяется в диаметре и оказывает давление на полоски ткани. Затем полоски плотнее затягивают материал костюма в поперечном направлении вокруг тела пользователя.
Проблема с этой конструкцией состоит в том, что ткань костюма не может оказывать непосредственное давление на человеческое тело в областях с поверхностью, которая изгибается внутрь, в сторону от ткани костюма. Места с вогнутыми поверхностями кожи находятся в подмышечной впадине, под коленями, в передней и задней частях промежности и вдоль позвоночника.
Могут использоваться конструкции надувных баллонов или формованный жесткий пенопласт, который помещается в эти полости для обеспечения прямого давления на кожу, когда материал костюма не может обеспечить этот контакт напрямую.
Типы [ править ]
Костюмы частичного давления создают давление только на определенные части тела. Они могут обеспечить защиту только до определенной высоты. [2] Они не обеспечивают защиту в течение длительного времени при низком давлении окружающей среды. [3] Костюмы полного давления создают давление на все тело. Эти костюмы не имеют ограничения по высоте. [ необходима цитата ]
Выход в космос без скафандра [ править ]
 | Этот раздел может отклониться от темы статьи в тему другой статьи, скафандра . ( Август 2020 г. ) |
Человеческое тело может ненадолго выжить в жестком космическом вакууме незащищенным, несмотря на противоположные описания в большинстве научно- популярных произведений . Человеческая плоть расширяется до примерно в два раз его размера в таких условиях, что дает визуальный эффект строитель тела [ править ] , а не переполненный баллона. Сознание сохраняется до 15 секунд, так как наступает эффект кислородного голодания . Не происходит мгновенного замораживания, потому что все тепло должно теряться из-за теплового излучения или испарения.жидкости, и кровь не кипит, потому что она остается под давлением внутри тела, но когда вены взрываются из-за того, что плоть увеличивается примерно в два раза, кровь, содержимое желудка, мозг, сердце, глазные яблоки и мышцы начинают кипеть пока тело не взорвется из-за нулевого давления в космосе. Наибольшую опасность представляют попытки задержать дыхание перед воздействием, поскольку последующая взрывная декомпрессия может повредить легкие. Эти эффекты были подтверждены в различных авариях (в том числе в условиях очень большой высоты, в открытом космосе и в учебных вакуумных камерах). [4] [5]
Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе газонепроницаема. [6] Вместо этого его нужно только механически сжать, чтобы сохранить нормальную форму. Этого можно достичь с помощью плотно прилегающего эластичного костюма и шлема для дыхательных газов, известного как космический костюм .
История [ править ]
СССР [ править ]
В СССР первый полный герметичный костюм был разработан инженером Цианном Даунсом в Ленинграде в 1931 году. CH-1 представлял собой простой герметичный костюм со шлемом без суставов, поэтому требовалось значительное усилие для движения рук и ног при движении. под давлением. Это было исправлено в более поздних исках. Работы по созданию костюмов полного давления проводились в 1936-41 гг. Центральным аэрогидродинамическим институтом (ЦАГИ), аналогичные работы проводились Летно-исследовательским институтом (ЛИИ) им. Громова после Второй мировой войны . LII произвел четыре экспериментальных костюма полного давления для экипажей, а в 1959 году начал работу над костюмами полного давления для космических полетов. [7] Чертовский использовал имя скафандр.для костюмов полного давления от французского scaphandre («водолазный костюм»); С тех пор скафандр стал термином, используемым россиянами для обозначения стандартных костюмов для ныряльщиков или космических костюмов .
Холдейн-Дэвис [ править ]
В 1931 году американец Марк Ридж был одержим идеей побить мировой рекорд высоты на открытом гондоле. Осознавая, что для полета потребуется специальная защитная одежда, он посетил Великобританию в 1933 году, где встретился с шотландским физиологом Джоном Скоттом Холдейном , который опубликовал концепцию тканевого костюма полного давления в 1920-х годах. Эти двое обратились за помощью к Роберту Генри Дэвису из Сиба Гормана , изобретателю набора для побега Дэвиса , и с помощью ресурсов Холдейна и Дэвиса был сконструирован прототип костюма. Ридж испытал его в камере низкого давления на смоделированной высоте 50 000 футов. Однако он не получил поддержки для дальнейшей работы и никогда не пытался установить мировой рекорд.
28 сентября 1936 года командир эскадрильи Королевских ВВС ФРД Суэйн установил официальный мировой рекорд высоты на высоте 49 967 футов на Bristol Type 138 в аналогичном костюме. [8]
Wiley Post [ править ]
В 1934 году авиатор Wiley Post , работая с Расселом С. Колли из компании BF Goodrich , изготовил первый в мире практический скафандр. Тело костюма состояло из трех слоев: длинного нижнего белья, резинового баллона для сжатого воздуха и внешнего костюма из прорезиненной парашютной ткани, который был прикреплен к раме с помощью суставов рук и ног, что позволяло Посту управлять самолетом, а также ходить к нему и обратно. . К раме были прикреплены перчатки из свиной кожи, резиновые сапоги и алюминиево-пластиковый шлем со съемной лицевой панелью, на которой можно было разместить наушники и горловой микрофон. В первом полете с использованием скафандра 5 сентября 1934 года Пост достиг высоты 40 000 футов над Чикаго , а в более поздних полетах - 50 000 футов.
Вторая мировая война [ править ]
В США во время Второй мировой войны было приложено много усилий для разработки скафандров. В то время как Б.Ф. Гудрич возглавлял эту область, другие компании, участвовавшие в таких исследованиях, включали Arrowhead Rubber Co., Goodyear и US Rubber . Университет Миннесоты работал с Bell Aircraft и Национального бюро США стандартов . Бюро стандартов и Калифорнийский университет действовали как расчетные палаты для распространения информации среди всех вовлеченных компаний. Во время Второй мировой войны не производилось эффективных полностью мобильных скафандров, но эти усилия послужили ценной основой для дальнейшего развития. [8]
Компания Дэвида Кларка [ править ]
После войны, холодная война вызвала дальнейшее финансирование развития авиации, которая включала большую высоту, высокую скорость исследование , такие как NACA «s X-1 . Джеймс Генри из Университета Южной Калифорнии разработал костюм с парциальным давлением, используя кислородную маску для подачи сжатого кислорода, с давлением газа также надувные резиновые трубки, называемые кабстанами, для затягивания костюма и обеспечения достаточного механического противодавления, чтобы просто уравновесить давление дыхания, необходимое для предотвращения гипоксии. на определенной высоте. Компания Дэвида Кларка предоставила техническую поддержку и ресурсы, а опытный образец костюма был испытан на моделируемой высоте 90 000 футов на Райт-Филд.в 1946 году. Дизайн Генри был впоследствии разработан компанией Дэвида Кларка в летных костюмах S-1 и T-1, используемых пилотами X-1. На смену X-1 пришел Douglas Skyrocket , цель которого заключалась в том, чтобы превысить 2 Махов, и требовался улучшенный скафандр. Дэвид Кларк выиграл контракт в 1951 году на их первый костюм полного давления, Model 4 Full Pressure Suit; Впервые он был запущен в 1953 году авиатором USMC Мэрион Э. Карл, который стал первым американским военным летчиком, надевшим полный скафандр, и в то же время установил неофициальный мировой рекорд высоты на Skyrocket.
Goodrich Mk III и IV [ править ]
Требования США к высотным самолетам-разведчикам, таким как У-2 , и истребителям для перехвата высотных советских самолетов вынудили ВМС США в 1950-х годах разработать полный герметичный костюм. Сотрудничая с BF Goodrich и Arrowhead Rubber, USN разработала ряд проектов, кульминацией которых стали Goodrich Mk III и IV. В то время как предназначены для использования воздушных судов, то Mk IV был позже использован НАСА с модификациями для Project Mercury , как Navy Mark V . В то же время Дэвид Кларк выиграл контракт на производство костюмов для проекта X-15 ; его скафандры XMC-2 квалифицированы как первые скафандры США. [9]
RAF [ править ]
RAF Институт авиационной медицины и Royal Aircraft создание разработало шлет частичное давление , который был использован с типом шпиля костюмом купленного из США. На нем Уолтер Гибб и его штурман установили мировой рекорд высоты 29 августа 1955 года на лайнере English Electric Canberra . Однако оценка костюма показала, что он обременяет владельца и плохо интегрируется с системами эвакуации RAF. Вместо этого RAF IAM предложила костюм с минимальным покрытием, который обеспечил бы защиту от "меня". RAF никогда не выпускал костюмы с частичным давлением, предпочитая вместо этого использовать брюки с защитой от перегрузки в сочетании с куртками (которые оказывали механическое противодавление на грудь владельца).
См. Также [ править ]
- Летный костюм
- Космический костюм
- Костюм с механическим противодавлением
- ВМФ Марк IV
- Экологический костюм
- Костюм для персонала с положительным давлением
- Пикирующий бомбардировщик , фильм 1941 года, в котором показаны сцены создания скафандра.
- Horten_Ho_229 / Design_and_development
Примечания [ править ]
- ^ Altitude.org советы по здоровью для альпинистов.
- ^ Козлоски, Лиллиан Д. (1994). Космическое оборудование США: экипировка астронавта . Пресса Смитсоновского института. ISBN 0-87474-459-8.
- ^ Хоффман, Стивен. «Расширенные возможности выхода в открытый космос: исследование для концептуальной программы революционных аэрокосмических систем НАСА» (PDF) . Хьюстон, Техас: НАСА. п. 55. Архивировано из оригинального (PDF) 27 июля 2011 года . Проверено 3 апреля 2011 года .
- ^ «Спросите астрофизика, человеческое тело в вакууме» . Представьте себе Вселенную НАСА . Проверено 14 декабря 2008 .
- ^ "Воздействие космического пространства" . Чертовски интересно . Проверено 14 декабря 2008 .
- ^ "AZ кожи - Структура и функции кожи" . Австралазийский колледж дерматологов . Проверено 23 января 2020 .
Кожа - это орган, который обеспечивает внешнюю защитную оболочку всех частей тела.
Это самый большой орган в теле.
Это водонепроницаемый, воздухонепроницаемый и гибкий барьер между окружающей средой и внутренними органами.
Он сохраняет внутреннюю среду нашего тела стабильной.
- ↑ Абрамов, Исаак Павлович (2003). Русские скафандры . Springer. С. 5–13. ISBN 1-85233-732-X.
- ^ a b Томас, Кеннет С .; Гарольд Дж. Макманн (2005). Скафандры США . Birkhäuser. п. 6. ISBN 0-387-27919-9.
- ^ Томас, стр. 10
Внешние ссылки [ править ]
 | Поищите скафандр в Викисловаре, бесплатном словаре. |
 | Викискладе есть медиафайлы по теме скафандров . |
- Докторская диссертация, иллюстрирующая историю создания скафандра.
- Средства защиты летчика на сайте НПП Звезда
- Пилот жизнеобеспечения самолета U-2 / TR-1.
