Принципы построения автономных систем обеспечения жизнедеятельности космонавтов в СК

       СЛАЙД 20. Автономная система обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ) это комплекс технических устройств, обеспечивающих условия жизнедеятельности и работоспособности человека в герметизированном космическом СК. Основные функции АСОЖ:

       1. Обеспечивать необходимое  в СК.

       2. Очищать атмосферу СК от СО₂ и вредных примесей, выделяемых человеком и материалами СК.

       3. Осуществлять вентиляцию подскафандрового пространства для удаления метаболического тепла и влаги, выделяемой при дыхании и потоотделении.

       4. Обеспечивать человека пищей и водой.

       5. Удалять отходы жизнедеятельности (если время пребывания в герметизированном СК превышает 5¸6 ч).

       6. Обеспечивать для работы человека нормальное функционирование агрегатов АСОЖ:

                   6.1 Компенсировать возможные утечки газа через места негерметичности.

                   6.2 Поддерживать тепловой режим аппаратуры (удаляет тепло, выделяемое химпоглотителями, электродвигателями, электронной аппаратурой, и проникающее в СК извне).

                   6.3 Осуществлять электропитание агрегатов.

                   6.4 Обеспечивать радиосвязь и передавать информацию о работе систем на борт ЛА и на Землю.

                   6.5 Позволять контролировать агрегаты АСОЖ и управлять их работой.

       СЛАЙД 21. АСОЖ - это связанные друг с другом подсистемы, которые по назначению и составу их можно разделить на пять групп:

1. Система кислородного питания (СКП) и поддержания давления в СК.

2. Система вентиляции и регулирования газового состава (СГС).

3. Система терморегулирования (СТР), обеспечивающая отвод и рассеивание тепла.

4. Электро- и радиооборудование.

5. Вспомогательное оборудование (включая бортовое) для управления АСОЖ, контроля ее работы и обеспечения эксплуатации.

       Приведенное распределение подсистем по группам является в некоторой степени условным, поэтому функции отдельных агрегатов и даже подсистем могут совмещаться между собой. В сложных АСОЖ присутствуют все группы подсистем, а в более простых часть их может отсутствовать. На слайде представлена классификация СОЖ. СЛАЙД 22.

Рис. Классификация АСОЖ

       СЛАЙД 23. Определяющими для выбора схем АСОЖ необходимо кроме ранее изложенных физиолого-гигиенических параметров учитывать также ряд технических требований, обусловленных условиями эксплуатации СК и его систем:

       1. Физиолого-гигиенические параметры человека и микроклимата в СК:

       1.1 Время пребывания в герметизированном СК (время работы АСОЖ).

       1.2 Интенсивность физической работы (уровень энерготрат) космонавта, определяющая потребную величину теплосъема.

      2. Требования непосредственно к оболочке СК с целью обеспечения высокой работоспособности космонавтов: подвижности, обзора, размера, удобства одевания и т. п.

      3. Требования, связанные с возможностями и особенностями конструкции ЛА и люков для выхода в космос: массобъемными характеристиками СК и его систем, сочетаемостью с бортовыми системами.

       4. Требования надежности и безопасности.

       5. Требования или ограничения, связанные с условиями эксплуатации: параметрами, внешней среды, временем и характером предполагаемых нагрузок:

                   5.1 Лимиты по массе и габаритам АСОЖ.

                   5.2 Количество циклов работы.

                   5.3 Условия внешней среды при транспортировке, хранении и подготовке к работе (давление, температура, газовый состав, механические воздействия и т.д.).

Рис 1. Схема АСОЖ открытого типа: 1 - баллон с кислородом; 2 - запорный кран; 3 - редуктор; 4 - дюза - ограничитель расхода; 5 - регулятор давления в скафандре

       Имеют значение также параметры открытого космоса или соответствующей планеты, возможность электропитания, подачи О₂ и хладагента или дозаправки АСОЖ от бортовых систем, длительность перерывов между циклами работы, дальность отхода от ЛА, возможные аварийные ситуации, возможность оказания помощи другими членами экипажа и т.д.

       Главный признак, по которому различают схемы АСОЖ — степень замкнутости газового контура вентиляции СК. По этому признаку все системы разделяют на три основных типа: 1) открытого типа (вентиляционные); 2) полузамкнутые; 3) замкнутого типа (регенерационные).

       СЛАЙД 24. Рис 1. В открытой схеме наддув СК, создание и поддержание в нем необходимой газовой среды производятся за счет непрерывной вентиляцией его газовой смесью нужного состава (обычно чистым О₂), которая затем выбрасывается в окружающую среду, унося с собой выделенные космонавтом тепло, влагу, СО₂, вредные примеси (рис. 1). Система открытого типа является наиболее простой и надежной. При увеличении времени работы и высоких энерготратах космонавта обеспечение необходимых условий жизнедеятельности (особенно по теплосъему) требует для открытой схемы АСОЖ очень большого непроизводительного расхода газа и приводит к значительному росту массы системы. Для уменьшения массы и габаритов АСОЖ используются системы полузамкнутого или замкнутого типов.

Рис. 2. Схема ACОЖ полузамкнутого рециркуляционного типа с инжектором и холодильно-осушительным агрегатом: 1 - баллон с кислородом; 2 - запорный кран; 3 - редуктор; 4 - инжектор; 5 - холодильно-осушияельный агрегат; 6 - регулятор давления в скафандре

       СЛАЙД 25. рис. 2 Последние называют также системами рециркуляционного или регенерационного типа. Выброс газа в атмосферу определяется практически только утечками из СК и системы. Полузамкнутые системы представляют собой промежуточные варианты. В этих системах часть циркулирующего газа регенерируется и используется повторно.

Рис. 3. Схема АСОЖ замкнутого рециркуляционного типа с электронагнетателем и компенсационной подачей кислорода: 1 - баллон с кислородом; 2 - запорный кран; 3 - редуктор; 4 - регулятор давления в скафандре, компенсирующий утечки и потребление кислорода при дыхании; 5 - холодильно-осушительный агрегат; 6 - электронагнетатель; 7 - аккумуляторная батарея; 8 - патрон с химическим поглотителем

       На рис. 2 схематично изображена система, в которой удаление влаги и теплосъем обеспечиваются газом, циркулирующим между СК и холодильно-осушительным агрегатом, и частично - за счет выброса в окружающую среду газа, поглотившего тепло и влагу. Циркуляцию осуществляет насос-инжектор- струйный насос, предназначенный для сжатия газов и паров, а также нагнетания жидкости.

       СЛАЙД 26. Рис 3 С целью снижения расхода О₂ вместо инжектора для циркуляции газа может быть использован нагнетатель с электроприводом, а для удаления СО₂ - патрон с химическим поглотителем (8). В АСОЖ этого типа О₂ расходуется только на потребление при дыхании и компенсацию утечек, однако требуется затрата значительной электрической мощности для привода нагнетателя.

       СЛАЙД 27. Рис. 4. Существенное снижение веса систем, обеспечивающих теплосъем с человека, достигается за счет использования систем с циркуляцией жидкого теплоносителя - H₂O. Над телом человека вода циркулирует по сети эластичных трубок, закрепленных на костюме. Движение H₂O создается насосом, а охлаждение - холодильным агрегатом. Жидкостной контур снимает с человека основную часть тепла, что позволяет значительно уменьшить объем циркулирующего газа. Охлаждение жидкости в этой схеме может осуществляться в том же теплообменнике, что и охлаждение газа. Влагопотери человека при этом также резко снижаются. Жидкостной контур охлаждения может быть применен в любом из вариантов АСОЖ.

       Простейший вариант такой схемы представлен на рис. 4. Для нее расход О₂ определяется из расчета вымывания СО₂ и паров H₂O.

Рис. 4. Схема АСОЖ открытого типа с костюмом водяного охлаждения: 1 - баллон с кислородом; 2 - запорный кран; 3 - редуктор; 4 - дюза - ограничитель расхода кислорода; 5 - регулятор давления в скафандре; 6 - гидронасос с пневмоприводом; 7 - холодильный агрегат

СКП и регулирования давления в СК типовые схемы и состав СКП

       СКП АСОЖ предназначена для создания и поддержания в СК необходимого  и заданного абсолютного давления. С помощью агрегатов СКП осуществляется также наддув СК при проверке герметичности и подача О₂ (вручную или автоматически) для первоначального создания в СК необходимого давления О₂. СКП АСОЖ обычно состоит из емкости с запасом О₂, запорного или пускового устройства, устройств для регулирования давления и расхода подаваемого О₂, регуляторов давления в СК, арматуры, трубопроводов, органов управления, контрольно-измерительной аппаратуры, разъемов коммуникаций.

       Кроме обычных требований по надежности, простоте органов управления, минимальным габаритам и массе к СКП АСОЖ, как правило, предъявляются следующие требования: обеспечение минимальных утечек из системы при длительном хранении и минимальных непроизводительных потерь О₂ при работе; сочетаемость с бортовой системой дозаправки или возможность замены емкости с запасом О₂ после каждого цикла работы.

Рис. 2.1. Структурные схемы типовых схем кислородного питания АСОЖ: а - с непрерывной подачей О2, б - с подачей О2 по потребности в - со смешанным принципом подачи О2, 1 - емкость с запасом О2; 2 - запорное устройство, 3 - редуктор; 4 - регулятор непрерывной подачи О2, 5 - регулятор давления в скафандре: 6 - выброс излишнего О2; 7 - механизм включения дополнительной непрерывной подачи О2 (вручную); 8 - автомат продувки; 9 - кислородный прибор типа легочного автомата: 10 - скафандр

       По принципу подачи О₂ СКП можно разделить на два основных вида: с непрерывной подачей и с подачей по потребности.

       Первые применяются в открытых и полузамкнутых схемах АСОЖ, в которых лишний О₂ сбрасывается через регулирующий или предохранительный клапан, устанавливаемый в точке сброса газа. СЛАЙД 28.

       В случае использования второго вида СКП расход О₂ уменьшается, так как подача его в систему происходит только при падении   вследствие утечек и потребления его космонавтом (б). При этом регулирование осуществляется с помощью анероидного механизма, устанавливаемого в месте подачи О₂ в систему.

       Для космического СК, имеющего маску или малогабаритный шлем, отделенный герметической шторкой от остального пространства СК, можно применять в качестве регулятора подачи О₂ так называемый легочный автомат - прибор для автоматического регулирования подачи дыхательной смеси или кислорода человеку, находящемуся в изолирующем снаряжении. При этом структурная схема СКП может представлять собой комбинацию двух рассмотренных выше схем (в). Механизм периодической подачи О₂ включается только тогда, когда не хватает О₂, поступающего в систему дыхания за счет непрерывной подачи.