СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

 ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

 ЭКИПАЖА

Любой пилотируемый полет, особенно к дальним Галактикам, связан с необходимостью создания для экипажа максимально приближенные к Земле условий пребывания на борту. Эта достаточно сложная задача решается путем реализации большого комплекса мероприятий, которые условно можно разбить на две группы:

• средства необходимые для поддержания жизни человека как таковой: обеспечение необходимого состава воздуха для дыхания, поддержание комфортного микроклимата (температура. влажность и т.п), защита от космической радиации, шумов, загрязненности атмосферы отсеков, биологической загрязненности, удаление продуктов жизнедеятельности и т.п.;

• мероприятия, направленные на обеспечения максимального комфорта на борту: компоновка жилых отсеков, дизайн интерьеров рабочих мест, мест отдыха, приема пищи и т.п.

Нами будет рассмотрен ряд вопросов первой группы, как наиболее сложные в техническом отношении, так и по степени важности все системы обеспечения жизнедеятельности. В частности, остановимся на Системах регенерации воды и воздуха и Системах биологической защиты.

СИСТЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДЫ И ВОЗДУХА

Атмосфера станции. 

Задача Системы поддержания заданных параметров атмосферы станции состоит в поддержании нужного (околоземного) давления (перед стартом жилые отсеки общаются с атмосферой Земли - начальная установка), а также восполнением кислорода и удаления углекислого газа, а в случае потери воздуха (при шлюзовании), восполняется дополнительным из баллонов (заправленных, между прочим, высокогорным чистым воздухом). Сжатый кислород используется для поддержания нормального парциального давления(немного более в узком диапазоне, чем на Земле ) 210...290 гПа ( на Земле - 210...360 гПа). Это делается для уменьшения массы станции, а также в противопожарных целях. Среднесуточное потребление кислородом человеком на борту составляет 1 кг.

 Источниками кислорода является: 

• Для кратковременных полетов - криогенные установки, где кислород хранится в жидком состоянии. 

• Для длительных полетов - в химически связанном виде, в том числе и в виде перекиси водорода 2Н₂О₂, который в присутствии катализатора (платины) разлагается на воду  2Н₂О , кислород О₂ и ТЕПЛО. Полученная вода используется для питья, а тепло - куда требуется (например, обогревание теплицы)

Недостатком второго источника является сложность таких установок и их взрывоопасность ( до сих пор их не применяют). Сложность установки для реализации покрывает выигрыш по весу самого источника кислорода, поэтому этот источник на современных ракетопланах пока не использовался. 

Возможен вариант хранения переохлажденной перекиси водорода (в виде льда т.к. он безопаснее) или в виде твердого химического соединения типа Пергидроль. Вспомните таблетки обесцвечивания волос. 

• Еще один способ хранения - твердые кислородосодержащие соли . 

Перхлорат натрия Na₂ClO₄ при нагреве с катализатором разлагается на соль NaCl и кислород О₂ .  Твердая соль удобно транспортируется в космическом пространстве в виде мельчайших коллоидных частиц. Если зарядить частицы электростатически , то они могут сами передвигаться от источника к приемнику. Например , от отсека производства частиц на корабле к приемнику вблизи жилой капсулы. Источником тепла для разложения кислородосодержащих молекул , могут быть плазменные двигатели ориентации капсул. Их рабочие камеры , все равно , надо чем то охлаждать :)))

Кислород полученный таким способом должен быть сжат. Он сам охладится излучением , на теневой стороне капсулы , заодно вырабатывая электричество в термоэмиссионном генераторе.

Остаток поваренной соли оседающий на  периодически заменяемых вкладышах теплозащиты движков , транспортируется вместе с последними на корабль , где соль растворяется в воде очищая вкладыши , и электролизом раствора превращается снова в перхлорат натрия.  

Энергетически этот процесс эквивалентен разложению воды на составляющие , с солевым катализатором.

Спрашивается ! Не проще ли сразу разлагать воду ?  Можно ! Но тогда не удобно транспортировать и хранить газы. 

На космических станциях  задачу снабжения кислорода решают совместно с задачей удаления углекислого газа (парциальное давление СО₂ не должно превышать 8...11 гПа). 

Используются надперекисные соединения щелочных металлов. На практике - надперекись калия. В присутствии водяных паров она вступает в реакцию с углекислым газом и выделяет кислород:

К₂О₄ + СО₂ + Н₂О -> К₂СО₃ + 1,5О₂ + Н₂О. 

На 1 кг (суточная норма человека) кислорода необходимо 3 кг К₂О₄. При этом поглощается 0,825 кг СО₂ (72% среднесуточного выделения человека - всего выделяет 1,15 кг СО₂). 

Системы регенерации воздуха (поглощение углекислого газа) технически представляют собой полые , ( не силовые) элементы конструкции корабля или станции , заполненные надперекисью калия. Через них  прокачивается воздух жилых отсеков. Оставшуюся часть углекислого газа поглощают поглотителями (гидроокись лития): 

2LiOH + CO₂ -> Li₂CO₃ +H₂O + ТЕПЛО.

 К началу страницы

Очистка воздуха

Рассмотрим задачу очистки атмосферы жилых отсеков от вредных микропримесей. 

Состав микропримесей широк. Они выделяются самим человеком и материалами конструкции: окись углерода, альдегиды, кетоны, бензол, окислы азота, амины, жирные кислоты, сероводород, метан,  метилакрилат и многие другие. Во время полета их удаляют активными средствами. Значительная часть растворяется в атмосферной влаге и удаляется вместе с конденсатом. Некоторые примеси окисляются в регенераторах и доводятся тем самым до безвредного состояния, либо до состояния, способного быть поглощенным фильтрующими материалами (обычно используют специально обработанный уголь и гапколит - уголь с добавлением катализатора). 

Также используют химические фильтры методом хемосорбции - химическое взаимодействие со специальными поглотителями.

От пыли жилые отсеки очищают обычными фильтрами (как в пылесосе). Дело в том, что воздух в жилых отсеках постоянно  находится в определенном искусственном движении (малюсенький сквознячок), т.к. всякие "пылесосы" втягивают воздух в  место, где стоят различные фильтры, и очищенный распределяется по жилым отсекам. Дует приятный летний морской ветерок (если добавить соответствующие соли в атмосферу), или горный ветерок - как кому нравится!

Дополнительную очистку проводят мембранные фильтры с размерами отверстий не более диаметра молекул, такие фильтры напрямую могут разделять газы .

Для поддержания теплового баланса существуют встроенные Системы терморегулирования. Они  должны обеспечивать заданные температурные режимы элементов конструкции станции, их приборов и оборудования, а также температуру в жилых отсеках. В принципе - это космический вариант земных автоматизированных систем микроклимата. Самой большой популярностью пользуются самоуправляемые авто-системы  :)))   В них есть особые вещества , которые меняют свойства в зависимости от внешних условий. Ну ,например , теплопроводность или теплоемкость ...

К началу страницы

Затраты на регенерацию атмосферы можно было бы снизить, если  в полете удалось реализовать получение кислорода непосредственно из углекислого газа: путем разложения его на кислород и углерод. На Земле такую задачу удается решить несколькими способами.

1. Реакция Боша

1 - каталический реактор;

2 - рекуперативный теплообменник;

3 - конденсатор воды;

4 - насос-сепаратор;

5 - электролизер.

Работа. При температуре 600...7000 С в присутствии катализатора углекислый газ вступает в реакцию с молекулярным водородом, образуя воду и углерод:

СО₂ + 2Р₂ -> 2Р₂О + С 

Пары воды предварительно охлаждаются в рекуперативном теплообменнике и направляется в охладитель для конденсации. Насос-сепаратор отделяет конденсированную воду от газа и подает ее в электоролизер, где вода разлагается на водород и кислород:

2Р₂О -> 2Р₂ + О₂ (Электролиз). 

Водород подается в реактор для взаимодействия с углекислым газом. 

Таким образом может осуществиться замкнутый цикл, хотя в выдыхаемом углекислом газе кислорода находится только 84% от необходимого человеку (остальной кислород используется организмом на окислительные процессы), поэтому необходима добавка кислорода из других источников. Но ценность идеи в том, что все же основная часть получается из выдыхаемого воздуха. На летавших космических станциях этот метод не использовали, т.к. он требуют весьма сложных установок и огромных энергетических затрат (0,8 кВт на человека). 

Возможно, в рамках нашего проекта, этих проблем вообще не возникнет  :-))) Потому , что углекислый газ легко сжижается при давлении 60 атмосфер , и служит великолепным охладителем горячих мест корабля. Он может  накапливаться в жидком виде , между прозрачными переборками корабля и служить экипажу не только дополнительной защитой от вредных излучений , но и средой обитания водорослей , выделяющих кислород при фотосинтезе. Это будет красиво ! :)))  Прозрачные переборки а в них "подводный" мир . Точнее подуглекислотный :))) и пузырьки кислорода !

2. Уже идут эксперименты на станциях по использованию живых растений (определяется технология  выращивания в невесомости, подбор ассортиментов и т.п.). Как известно, ночью зеленый покров выделяет углекислый газ, а при солнечном (или искусственном) свете - поглощает его и выделяет кислород. Если мы на нашей станции создадим искусственное притяжение, то у нас в запасе изумительная возможность создать большую оранжерею, которая решит много психологических и технических проблем! 

Искусственное притяжение  в оранжерее создается вращением ее вокруг оси. Тогда растения растут к центру вращения. При диаметре оранжереи 50 метров , можно создать комфортные условия :)))

Относительно живых переборок

3. Примечание !  Плотность жидкой углекислоты в 500 раз выше плотности газа , значит если освещенность растений будет соответственно в 500 раз больше , то объем активной зоны фотосинтеза , при той же производительности , будет в 500 раз меньше ! И перегреться растения не смогут жидкий СО₂ великолепный охладитель :)))

 К началу страницы

СИСТЕМЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

Цель биологической защиты корабля и экипажа заключается в свободном и безопасном проживании экипажа в любой окружающей  среде ! Это означает, что любые агрессивные проявления со стороны любых форм жизни должны быть заранее обнаружены и учтены в комплексе защитных мер.

Превентивные меры

Идеально было бы знать заранее где и какая опасность подстерегает экипаж, а также все возможные последствия, контактов с иными формами жизни. Для этого необходимо воспользоваться стандартной для АСТРЫ передачей данных  из будущего в прошлое.  Информационный обмен такого рода , исключает неожиданности. Более того, он оказывает благоприятное силовое воздействие на потенциально нежелательные события, сдвигая статистическое равновесие в нужную сторону.

  Второй контур биозащиты образуют  текущие меры безопасности. Источником угрозы могут быть, не только активные формы разумной и неразумной жизни, но и непреднамеренно созданные поля (например техногенные) и вещества, например ядовитые.

Пассивные меры 

1. Рассылка микрозондов в предполагаемые районы высадки, задачей которых будет полное копирование внешней среды. 

2. Рассылка направленных информационных полей, излучений и т.п. для выяснения реакций среды.

3. Создание динамичных негативов (инверсий) среды по полученным данным, без детального изучения подробностей.

По разделам : дубликаты микроорганизмов, полные инверсии и антагонисты этих микроорганизмов, инверсии всех обнаруженных полей, копии и инверсии (можно виртуальные) всех представителей флоры, фауны, разума, если разум не превышает Земной уровень.

4. Максимальная открытость и доброжелательность при встрече с разумом, превышающим человеческие возможности и возможности АСТРЫ.

5. Моделирование поведения внешней среды при появлении экипажа.

6. Выработка поведения, стратегии, внешнего химического , биологического, полевого, информационного состава  десантной группы, с минимумом нарушения естественной среды. 

7. При нарушении по любому из параметров, обеспечить активное подавление чужеродности внешней поверхности экипажа. 

Для примера: иногда шум подавляют активным излучением звуковых волн в противофазе с волнами от источника шума.

Общий вывод: экипаж не должен ничем выделяться среди местных обитателей! В этом состоит главный залог безопасности.

Активные меры

  1. При агрессии или потенциальной агрессии, не вступать в конфликт,  а имитировать поражение, создавая неограниченное число двойников экипажа в полях и веществах, определенных агрессией. Это же касается и агрессии со стороны микроорганизмов. Задача - дать им то что они хотят, но без ущерба для экипажа и в направлении уменьшения агрессии (согласно принципу Ле-Шателье - ссылка).

Этот вариант похож на протекторную защиту.  Протектор разрушается, но это защищает экипаж без сопротивления агрессору.  Протектор должен быть дешевым и легко размножаемым.

2. Постоянно изучать и моделировать реакции всех взаимодействующих сторон, но в более быстром темпе.

3. Вести лидерные испытания, поместив в среду, имитацию экипажа, это может быть имитация в нужном диапазоне, например микробные комплексы живущие на людях, поля излучаемые людьми, и т.д.

4. Держать в резерве постановщики помех в любом диапазоне излучений, а также вещества, разрушающие любые биологические структуры или затрудняющие им наведение, а также блокирующие основной жизненный процесс.

5. Держать наготове микроорганизмы с колоссальной скоростью размножения и способные имитировать местные микроорганизмы во всем, кроме их агрессивной составляющей.  Такие микробы способны моментально вытеснить местных, заполнив все их ниши, но они останутся друзьями людей.

Общие меры

В некоторых случаях необходима полная изоляция человека от среды (скафандр, капсула и т.п.)  и постоянная дезинфекция поверхности изолятора.

Вести постоянное копирование и эталонное хранение всех программ и баз данных, для защиты от информационных вирусов.

 К началу страницы