Средства и принципы защиты человека в условиях низкого барометрического давления

       При выходе из космического корабля человек сталкивается с рядом неблагоприятных факторов окружающей среды. В открытом космосе это практически полное отсутствие атмосферы, воздействие ионизирующей радиации, лучистой энергии Солнца, микрометеоров.

       Среди действующих на человека факторов, прежде всего, необходимо назвать снижение барометрического давления, а, следовательно,  во вдыхаемой смеси. Поддерживать нужную величину  можно тремя способами:

       1) увеличением общего давления;

       2) повышением ;

       3) одновременным повышением давления вдыхаемого воздуха и .

       В авиации в зависимости от высоты полета эти задачи решаются с помощью герметических кабин, кислородно-дыхательной аппаратуры (КДА) и высотного снаряжения (кислородных масок, высотно-компенсирующих костюмов и СК).

Рис1. Схема дыхания кислородом через кислородную маску: 1 – баллон с кислородом; 2 - запорный кран; 3 - редуктор; 4 - регулятор подачи кислорода в маску 5 - кислородная маска

       КДА обеспечивает автоматическую подачу О₂ или смеси под маску или в гермошлем снаряжения. Наиболее простым способом защиты человека от неблагоприятного действия пониженного  в окружающей среде является дыхание через кислородную маску, которая служит для подвода О₂ или кислородно-воздушной смеси непосредственно к органам дыхания человека и изоляции их от окружающей атмосферы.

       СЛАЙД 9 (рис. 1) Кислородная маска представляет собой резиновый колпачок фигурной формы, плотно прилегающий к лицу человека таким образом, что отверстия органов дыхания герметично изолируются от окружающей атмосферы. К маске по шлангу подводится О₂ или обогащенный О₂ воздух, выдыхаемый затем в окружающую атмосферу (рис. 1). Кислородная маска без избыточного давления (рис. 1) позволяет летчикам подниматься на высоту до 12 км. Выше 12 км атмосфера становится настолько разреженной, что даже дыхание чистым О₂ (при давлении окружающей атмосферы) не обеспечивает необходимого газообмена организма. Дальнейшее снижение давления кислорода невозможно без потери работоспособности пилота. Поэтому дыхание должно осуществляться под избыточным давлением относительно окружающей

Рис. 2 Схема кислородной маски для дыхания под избыточным давлением 1 - клапан вдоха; 2 - компенсированный клапан выдоха; 3 - капиллярная трубка

       Если избыточное давление в лёгких превысит 3,3 кПа (25 мм рт. ст.), то это затруднит дыхание, акт выдоха и будет падать работоспособность лётчика.

       СЛАЙД 10 (рис. 2) Подача О₂ в маску под избыточным давлением по отношению к давлению окружающей атмосферы позволяет поднять высоту полета до 14¸15 км, однако человеческие легкие не в состоянии выдержать значительное избыточное давление, и увеличение высотности более 14¸15 км с помощью этого метода невозможно. Для того чтобы О₂, подаваемый под избыточным давлением в маску, вытекал из нее только во время выдоха, используется так называемый «компенсированный» клапан выдоха (рис. 2), при помощи которого внутримасочное избыточное давление уравновешивается давлением в пневмокамере клапана.

Рис. 3. Схема комплекта высотного снаряжения с компенсирующим жилетом: 1 - кислородная маска с компенсированным клапаном выдоха; 2 - дыхательно-компенсирующая камера; 3 - жилет из малорастяжимой ткани, плотно подгоняемый по фигуре человека

       СЛАЙД 11 Некоторое увеличение высотности и длительности пребывания на высотах более 12 км возможно за счет использования «компенсирующего жилета», изготовляемого из малорастяжимой ткани и плотно подгоняется по фигуре летчика (pис. 3). В области груди под жилет помещается, соединяемая с маской, пневмокамера давление в которой компенсирует избыточное давление внутри легких, помогая производить выдох на рефлекторном уровне без специальных усилий дыхательной мускулатуры. Жилет не обеспечивает необходимой равномерной компенсации туловища. Более того, при его использовании наблюдается отток крови в голову и конечности. Поэтому подобное снаряжение может применяться лишь как аварийное средство, позволяющее в случае разгерметизации кабины на непродолжительное время поддержать минимально необходимые условия кислородного питания. В течение этого времени летчик должен успеть снизиться на безопасную высоту.

Более эффективная компенсация избыточного давления О₂ в легких и в тканях организма обеспечивается с помощью снаряжения, получившего название «высотно-компенсирующий костюм» (ВКK). Этот костюм изготавливается в виде плотно подгоняемого по фигуре летчика комбинезона с перчатками и носками из малорастяжимой ткани. Механическое давление комбинезона на поверхность тела создается либо с помощью пневмокамер, либо с помощью трубок натяжного устройства, принцип действия которых показан на рис. 4. Тело плотно охватывает оболочка комбинезона. Натяжное устройство содержит прикреплённые к оболочке ленты, образующие петлю, в которую вставлена трубчатая пневмокамера. При повышении давления в пневмотрубке она увеличивается в диаметре, и натяжные тесёмки стягивают оболочку комбинезона, которая и создаёт механическое давление на тело, или его обжатие. Величина этого давления подбирается равной давлению газа в легких.

. Рис. 4. Схема устройства высотно-компенсирующего костюма: а - с натяжными трубками; б - с пневмокамерами: 1 - оболочка комбинезона из малорастяжимой ткани; 2 - тесьма натяжного устройства; 3 - трубка (дутик); 4 - пневмокамера

Глаза и уши человека не защищены КМ от воздействия перепада давления в организме и в окружающей среде. Если избыточное давление достигает 10 кПа (75 мм рт. ст.), то происходит расстройство зрения и слуха. Так как для этих органов человека невозможно создать механическую компенсирующую систему, то в структуру ИСОЖ добавляют герметическии шлем (ГШ) (рис. 5), под которым создается давление, одинаковое с давлением газа, подаваемого на дыхание. СЛАЙД12 СЛАЙД 13.

       ВКК не может обеспечить равномерного механического давления на всех участках поверхности тела. Время защитного действия ограничивается 10¸15 мин для костюмов с натяжным устройством и 1¸2 ч для костюмов с пневмокамерами при условии тщательной подгонки костюма.

Рис. 5. Схема гермошлема высотно-компенсирующего костюма: I - каска; 2 - шейный герметизирующий клапан (шторка); 3 - оболочка комбинезона ВКК; 4 - компенсированный клапан выдоха; 5 - клапан вдоха; 6 - смотровое остекление

В первом случае основной причиной, ограничивающей время, является значительное внутреннее трение, возникающее в натянутой конструкции комбинезона, позволяющее комбинезону автоматически следовать за движениями грудной клетки. Результатом этого является усталость дыхательной мускулатуры. Во втором случае значительное увеличение времени защитного действия постигается благодаря тому, что во время вдоха газ из пневмокамеры, охватывающей грудную клетку и живот, легко вытесняется в легкие, а в момент выдоха в пневмокамеру подается новая порция газа из кислородной системы. Таким образом, пневмокамеры позволяют повысить равномерность компенсирующего давления на тело, однако они ухудшают гигиенические качества костюма, потому что значительная часть поверхности тела оказывается закрытой газонепроницаемым материалом.

Рис 6 Области применения различных типов современного высотного снаряжения: 1 - кислородная маска (КМ) без избыточного давления: 2 - КМ с избыточным давлением без компенсации; 3 - КМ с компенсацией избыточного давления с помощью жилета; 4 - КМ в комплекте с высотно-компенсирующим костюмом (ВКК): 5 - гермошлем с ВКК; 6 - гермошлем с ВКК с дополнительной дыхательной камерой (с пневмокомпенса- цией): 7 - СК

       СЛАЙД 14. Механические системы компенсации внешнего давления не работают в области паха, подмышечных впадин. Не удаётся обеспечить равномерность обжатия всех частей поверхности тела. Образуются застойные области. Всё это ограничивает время применения высотных ИСОЖ в зависимости от давления в окружающей среде. Области применения различных типов современного высотного снаряжения представлены на рис. 6 Из приведенного рисунка видно, что наиболее эффективным средством защиты человека на высотах более 12 км, не имеющим каких-либо ограничений, является СК.

Рис. 7. Схема кислородного питания в авиационном скафандре: 1 - оболочка скафандра; 2 - - гермошлем; 3 - шейная перегородка (шторка) с клапаном выдоха; 4 - регулятор давления в скафандре

СЛАЙД 15. рис. 7 СК представляет собой индивидуальный герметично выполненный по форме человека в комбинезон, в котором создаётся газовая среда, имеющая нормируемое значение состава и давления. Загерметизированный СК полностью изолирует находящегося в нем человека от окружающей атмосферы и удерживает под своей оболочкой искусственную микроатмосферу с необходимым давлением и газовым составом. В авиационных СК для экономии О₂ и повышения пожаробезопасности О₂ подается только в гермошлем, отделенный от оболочки эластичной герметичной шейной перегородкой - "шторкой". Все остальное подскафандровое пространство наддувается воздухом, подаваемым из бортовой системы кондиционирования и наддува кабины. Нагнетаемый в СК воздух выбрасывается затем в кабину через регулятор давления. В случае разгерметизации кабины, наступившей на высоте более 12 км, регулятор давления в СК прикрывает отверстие для выпуска воздуха. Внутри СК создается давление, превышающее на необходимую величину окружающее атмосферное давление. Соответствующее давление О₂ сознается одновременно в гермошлеме (рис. 6). Во время выдоха СО₂ из легких поступает в гермошлем, часть которого неизбежно вдыхается вновь вместе с О₂.

Избежать накопления СО₂ в гермошлеме можно двумя путями:

       1. Вентиляцией шлема О₂ с необходимой скоростью и рациональной конструкцией и компоновкой системы вентиляции.

       2. Использованием в шлеме кислородной маски;

3. Применением гермошлемов с уплотнением по периметру лица – «лицевым обтюратором» (рис. 8). СЛАЙД 16

Рис. 8. Схемы отделения полости дыхания от наддуваемого воздухом объема авиационного скафандра: а-встроенная кислородная маска; б- клапан- обтюратор, герметично прилегающий по периметру лица; 1 - гермошлем; 2 - кислородная маска; 3 - лицевой обтюратор кабины

       Использование маски облегчает также борьбу с запотеванием смотрового стекла. В то же время маска создает местные неудобства, так как стесняет движения головы и раздражает кожу, поэтому в авиационном СК способ герметизации зоны дыхания выбирается на основании разумного компромисса между гигиеническими требованиями и возможностями создания запаса О₂ на борту (для вентиляции шлема).

       В космическом полете СК обычно вентилируется воздухом (или другой газовой смесью) из кабины. В случае разгерметизации во время выхода в открытый космос атмосфера в СК заменяется О₂. При частичной разгерметизации кабины космического корабля могут возникнуть условия, аналогичные условиям в кабине высотного самолета, и в таких случаях возможно применение средств защиты, рассмотренных выше. Выход в открытый космос практически возможен только в специальном СК, конструктивные особенности которого определяются в значительной степени выбранным способом поддува оболочки и кислородного питания космонавта. Однако на выбор этого способа в данном случае оказывает существенное влияние еще и решение задач по обеспечению теплового режима космонавта и высокой надежности работы АСОЖ.