Справочник автора/Система жизнеобеспечения

Материал из Posmotre.li
(Перенаправлено с Система жизнеобеспечения)
Перейти к: навигация, поиск
Almalexia.jpgБлагая Альмалексия довольна
Это хорошая статья. Нам она нравится такой, какая она есть. Поэтому мы доверяем право сделать её ещё лучше только проверенным людям. Редактировать эту статью не могут анонимы и новички.

(link)

Если ты можешь петь — ты сможешь жить[1]
« Отказ системы жизнеобеспечения. Проверьте уровень кислорода »
Firefly эпизод «Out of gas»

Система жизнеобеспечения — с точки зрения большинства людей, это такой загадочный чёрный ящик, который непонятно что делает, но если он сломается — все умрут.

Содержание

Из чего состоит система жизнеобеспечения

На самом деле это не чёрный ящик, а целая гора разнообразной аппаратуры (и она тем меньше, чем более сносные условия для жизни в окружающей среде). Что нужно для того, чтобы человек мог нормально жить? Не очень много, но каждый элемент критичен. Nota bene: нижеописанное относится к системам жизнеобеспечения космического корабля.

Дыхание

«Постарайтесь избегать стрессов, лорд Вейдер, во избежание обеднения дыхательной смеси»
« Ты ведь хочешь дышать? »
— неопровержимый аргумент, Firefly эпизод «Out of gas»

Итак, поехали. На одного человека нам нужно для дыхания:

Вышеописанное делает Система Обеспечения Газового Состава Атмосферы (СОГС). А за давлением атмосферы в 77—107 кПа, контролем герметичности и компенсацией утечек следит СРД (система регулировки давления), поддающая воздуха при падении давления. Отсутствие взаимодействия между СОГС и СРД влекут за собой некоторые проблемы при разгерметизации.

Питание

Организация с труднопроизносимым названием[2] представляет крутую упаковку
… в которой, что характерно, сухие крысы[3] российского производства
« Врёшь НАТОвская морда, не может солдат съесть в день два мешка брюквы! »
— анекдот о вопросах несбалансированного питания

Для плодотворной жизни человеку также нужно питаться:

Что-то забыли? Ага. Подразумевается, что на борту также имеется соль, спички и витаминки — на этом месте должна быть длинная и нудная пурга про авитаминоз, наступающий при нехватке витаминов в пластиковой каше, и проблемы с нервной системой и пищеварением, наступающие при нарушении солевого баланса (и дисбалансе калий-кальций-натрий-магниевой системы, отвечающей за кости-нервы-желудок, и нехватке/переизбытку железа в продуктах, ведущая к проблемам с гемосинтезом и некоторым заболеваниям). Я обязательно расскажу вам об этом позже. Питание космонавта — non penis canina est!

Необходимое уточнение: цифры приведены для космонавта, которому приходится потеть в девяностокилограммовом скафандре и пахать на тренажере для недопущения атрофии двигательных мышц ввиду невесомости. Земляне, сидящие на диетах и ничего тяжелее сигареты не поднимающие — могут расслабиться, их норма сильно меньше. Рацион космонавта упаковывается специальным образом (пресловутые тюбики и тубы), поскольку орудовать вилкой и ложкой в невесомости весьма затруднительно, хлеб и прочие продукты делаются специальным образом дабы избежать образования крошек, а чеснок и горох по понятным причинам в космосе вообще не едят. Также, существует интересный феномен, что не смотря на то, что в космосе вкус блюд не изменяется, космонавты очень часто предпочитают есть в полёте то, что на Земле они терпеть не могут. В космосе есть и другие интересные эффекты, но к еде они имеют довольно косвенное отношение. Расстройство вестибулярного аппарата, например.

Весь этот рацион делается на Земле, и перед тем как отправлять это всё в космос, еду сначала дают попробовать космонавтам, и если им не нравится — рацион снимают с производства. Однако существует мысль, что при дальних перелётах таскать с собой склад провизии, пусть и сублимированной — это очень накладно и по объёму и по массе, а потому было бы эффективно производить продукты питания прямо на корабле, а заодно избавившись от необходимости мусорить в космосе.

Терморегуляция

Фантазия художника нарисовала межпланетный корабль. И нет, он не покрашен — это радиаторы системы охлаждения раскалились где-то до 700 градусов, символизируя тем самым наличие на борту корабля ядерной энергоустановки[5]
« Ты боишься что мы задохнёмся. Но мы не задохнёмся. Мы все замёрзнем насмерть гораздо раньше »
— Ривер, Firefly эпизод «Out of gas»

Для начала общие сведения. Человек выделяет в пространство некоторое, зависящее от физической нагрузки количество тепла[6], выдыхает примерно 50 грамм воды в виде паров, потеет, не очень любит температуру ниже 18 и выше 22 градусов по Цельсию[7], хотел бы чтобы влажность воздуха была в пределах 30(салон Ту-154) — 70 (баня) процентов, и ветерок в 0,2 м/с, о котором так мечтал капитан Экскалибура Мэтью Гидеон, поскольку этот прекрасный корабль по какой-то причине не был оборудован вентиляторами.

Для того, чтобы сформулировать проблему, мы посмотрим, что происходит с человеком в скафандре, когда он работает[8].

Допустим, максимальный расход энергии космонавта в скафандре, шатающего телескоп Хаббл — 4,1 ккал в час на 1 кг массы тела, то есть при весе в 75 кг это 307 ккал в час. Минимальный расход энергии космонавта отдыхающего от трудов праведных — 0,9 ккал в час на 1 кг массы тела, это в аналогичных условиях 67,5 ккал в час. Средний выход в космос — пол часа (максимальный — почти 9 часов, сделаем вид что наш космонавт — рекордсмен и возьмем 9 часов, всё это время он без устали шатает телескоп Хаббл). За 9 часов космонавт сожжет 2763 ккал (допустим он с утра сожрал 950 грамм сушеного манго и выпил два с половиной литра воды, так что баки у него полные — 2987 ккал). У него остаётся 224 ккал (около ста грамм тушеного мяса), на отдых, но это не важно. Важно то, что из сожженного — 552,6 ккал, уходят на, собственно, работу[9], и 2210 ккал уходят в нагрев. Вы думаете, в нагрев окружающего пространства? Нет, это он потратил на 2210 ккал на то, чтобы нагреть самого себя[10]. Если бы космонавт не потел, то он бы сварился.

Поэтому, из этих 2210 ккал примерно 1160 ккал тратится на испарение чего-то порядка двух литров воды в виде пота и с дыханием. Эти два испаренных литра воды охлаждают организм и шатают температуру и уровень влажности в скафандре при конденсации; чтобы не замёрзнуть космонавт продолжает «жечь топливо», которого в расходе остаётся 490 ккал, и организм их тратит. Почему у меня получилась цифра в 1160 ккал, а не в 1700 с гаком, что наверняка подметили знатоки математики? Здесь мы вспоминаем что у нас тут — космос, и смотрим в то, что я написал о давлении в скафандре и космическом корабле, а ещё вспоминаем что в раздутом в 1 атм скафандре чертовски трудно двигаться, поэтому в нём давление ниже, а при низком давлении энергия необходимая на испарение также уменьшается.

Мы видим, что для системы жизнеобеспечения космонавта очень важно охлаждать скафандр, кроме этого необходимо устроить вентиляцию, иначе космонавт будет дышать своим мокрым от пота термобельём ввиду духоты и высокой влажности, и кстати — надо осушать куда-то эти два литра воды, иначе космонавт начнет отращивать жабры. Куда это всё девать? Да за борт же! Осушаемая из скафандра вода частично собирается в резервуар, частично испаряется в открытом контуре в вакуум (и делает это очень охотно), охлаждая трубу, по которой проходит вентилирующий воздух, а специальное устройство следит, чтобы температура воздуха была в пределах заданных параметров.

Это же справедливо и для космического корабля, правда ввиду его размеров, ситуация там не столь критическая. С другой стороны, на космическом корабле основную нагрузку на систему охлаждения создают не люди а аппаратура. Пассивная система охлаждения космических кораблей, по выключении этой аппаратуры, начинает вымораживать космический корабль, как это было с Аполлоном-13, Салютом-7, и Серинити, причем в последнем случае, ввиду эвакуации большей части экипажа, корабль стал замерзать быстрее. С третьей стороны, если на корабле есть ядерный двигатель — размеры радиаторов системы охлаждения бьют все рекорды. Это одна из причин, по которым ядерных звездолётов пока ещё нет (а вот электроракетные уже скоро появятся, и поимеют те же проблемы что и ядерные, правда для них придумали какую-то совсем уже наркоманскую систему охлаждения, потребляющую матан тройной отгонки, по этой причине, пока они не закончат исследования, я на эту тему писать ничего не буду).

Родившаяся в 50х тётя Маша знает толк в системах терморегуляции — у неё на кухне есть форточка для охлаждения, чайник для поддержания влажности, калорифер для обогрева и вентилятор для обдува. Её внучка Даша, родившаяся в 90х использует кондиционер с функцией климат-контроля[11]. Космическая система терморегуляции от этого почти ничем не отличается — ну разве что агрегаты не самопальные и снабжены автоматизацией.

Космический туалет за четыре миллиона долларов

он самый
« Нет, вакуумный унитаз не может вас засосать »
— вывод из эксперимента Разрушителей Легенд

Если вкратце, людям свойственно гадить — отсутствие на борту туалета приведёт к ощутимым проблемам куда раньше, чем закончится запас кислорода. За этим следит СУО (система удаления отходов), и эта проблема решаема по разному — с помощью выкидываемых за борт памперсов, например. Или с помощью очень громоздкой системы сублимации твердых отходов и рециклинга жидких — в двух словах, из всего этого дерьма выпаривается вода в виде дистиллята и отправляется на технические нужды (не потому, что её нельзя пить, а потому что если использовать обычную воду, к примеру, в увлажнителе воздуха — увлажнитель забьётся накипью и выйдет из строя). Если когда-нибудь услышите историю о вредности дистиллированной воды для питья, так как она вымывает необходимые минералы из организма — не верьте, это дурацкие страшилки. Дистиллированная вода — это просто H2O без примесей. Её можно пить, но — обычно считают, что просто вода безвкусная — но это не так. В ней есть следовые количества солей, которые придают ей приятный вкус — а в дистилляте и этого нет. В любом случае суточную долю минералов человек получает с едой, а не с водой (для этого ему пришлось бы выпить около 15 литров обычной воды, в то время как по норме нужно два). Поехали дальше. А дальше у нас дерьмо — его «сушат» (обезвоживают под вакуумом), в итоге оно теряет как в весе так и в объёме, и становится пригодным для прессования и выкидывания за борт. Но, вообще-то его можно использовать и иначе — дело в том, что там содержится очень много разных веществ, нужных живым организмам, так что это богатство выкидывать за борт — преступление. Давайте лучше засунем это в бак и дадим микроорганизмам поработать. На выходе получаем некоторое количество биогаза (метан) и некоторое количество удобрений, которые можно использовать в космической оранжерее для выращивания помидоров (в невесомости помидорчики могут быть очень большими — слабая радиация и низкая сила тяжести очень способствуют разрастанию некоторых культур, но тут есть проблема — помидоры любят хэви метал, огурцы любят эмбиент, а оптические системы наблюдения предпочитают классическую музыку. Так или иначе, но помидоры в космосе пока не прижились).

Товарищ Сухов

Со времен полёта Союза-12, космонавтов сопровождает красноармеец Сухов, который подбадривает космонавтов в трудную минуту. Можете как угодно относиться к этому, но с тех пор, как на Байконуре объявился Товарищ Сухов — ни один космонавт не погиб.

Что НЕ относится к системам жизнеобеспечения

Wonderwall? Никакого Wanderwall на моей станции!

Примечания

  1. «Lock your Soyuz hatch and put your helmet on…» Хм, да, о чём это я. Это — песня Space Oddity Дэвида Боуи, чуточку переиначенная и исполненная командиром Крисом Хэдфилдом на МКС под гитару (Дэвид Боуи одобрил). Если это хоть кому-нибудь интересно, песня появилась в 1969 году, и в ней поётся о вымышленном космонавте, который после аварии оказался один в глубоком космосе, в одном скафандре и связь с ЦУП-ом прервалась.
  2. По какой-то неизвестной нам причине, ФГУП БИРЮЛЕВСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ЗАВОД РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК очень любит писать своё название капсом, как и все прочие ФГУПы.
  3. «dry rat-s» (от rations) — старая шутка про сухпайки
  4. А тем, кому интересно, зачем так много — наберитесь терпения, в следующем разделе всё подробнейшим образом расписано
  5. РКК Энергия соорудила проект корабля-буксира на ядерной тяге с более совершенной системой сброса тепла. Они там считают, что это сделает корабль раза в четыре меньше чем аналог из NASA. Но, радиаторы системы охлаждения портят всю малину.
  6. Для поддержания комфортной температуры атмосферы корабля мощность системы охлаждения, избавляющейся от этого тепла, составляет где-то 145 ватт на человека — у нас, на Земле, есть алюминиевые радиаторы охлаждения для микросхем, которые вполне способны справиться с теплоотводом, так в чём проблема? А проблема в том, что они отдают тепло в воздух, а воздух уходит в форточку, в то время как в космосе воздуха нет.
  7. Это нужно для оптимальной работы терморегуляции организма, который поддерживает свою температуру на уровне 36,6 градусов по Цельсию путём баланса между термохимическим подогревом и потоотделением, а для этого необходимо чтобы температура окружающего воздуха была сильно ниже чем температура организма — иначе он сварится. При температуре ниже 18 градусов человек желает выпить горяченького в связи с усиленными тепловыми потерями, при температуре выше 22 градусов — хочет холодненького пива дабы возместить потерю жидкости на потоотделение и дабы чуток охладиться. При температуре в районе 25-30 градусов любая тяжелая работа чревата тепловым ударом. По этой причине не рекомендуется менять настройки кондиционера в офисе ниже указанного значения, это чревато простудой.
  8. Здесь следует заметить, что расчеты производятся очень приблизительно, и для простоты, некоторые моменты связанные с уравнениями термодинамического равновесия опускаются, числа округляются, и главной целью нижеописанного является наглядность процессов.
  9. Условно, мы принимаем КПД космонавта за 20 %, что конечно же чушь собачья.
  10. А теперь давайте вспомним о законе сохранения энергии, самое время. Ну так вот, если в двух словах: c=Q/mΔT, бога ради, у нас два литра воды, 75 килограмм массы тушки космонавта, шатающего Хаббл, 90 килограмм скафандра и чёрт знает сколько воздуха внутри него.
  11. «

    — Запустить взлётный двигатель!
    — Система навигации повреждена.
    — Связаться с центром!
    — Система связи повреждена.
    — А что не повреждено?
    — Кондиционер работает в штатном режиме.

    »
    — Американские кондиционеры хрен сломаешь, «Первый Мститель: другая война»
  12. Младшго брата ЭВТИ можно увидеть в жаркий летний день под лобовухой очень многих машин — эта сияющая зеркально-серебристая фиговина предохраняет от расплавления на солнышке пластика, из которого сделана приборная панель. В числе прочего.
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты