нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

біосфері

   
 

. Це відноситься як до повітряного середовища - штучній атмосфері корабля, так і до тих елементів середовища, в широкому сенсі слова, які необхідні для харчування та підтримання водного балансу організму людини. Існування людини засноване на безперервному обміні речовини та енергії з навколишнім середовищем. Створення можливостей для цього є функцією СЖО. Т. о., СЖО - комплекс пристроїв, агрегатів і запасів речовин, що забезпечують необхідні умови життєдіяльності екіпажу протягом усього польоту. Приватні системи (підсистеми) цього комплексу забезпечують відповідні їм окремі сторони життєдіяльності (обміну речовин) організму: харчування, водний обмін, газообмін, теплообмін (терморегулювання), відправлення природних потреб і т. д. Така типова структура СЖО в найбільш часто уживаній вузькому значенні цього терміна. СЖО можуть бути колективними (СЖО космічних кораблів і планетних станцій) та індивідуальними, наприклад автономні СЖО, застосовувані разом зі скафандрами. У більш широкому сенсі до сфери СЖО іноді відносять всі інші пристрої і предмети, службовці для забезпечення гігієнічних, побутових, культурних та естетичних потреб екіпажу. Необхідність найбільш повного задоволення цих потреб істотно зростає із збільшенням тривалості перебування екіпажу в космосі, коли ці сторони діяльності людини можуть набувати значення життєво важливих факторів. Приватні СЖО діляться на нерегенеративного, що передбачають створення бортових запасів їжі, води, кисню, і регенеративні, засновані на регенерації цих речовин з продуктів життєдіяльності людини або ін мешканців космічних кораблів і супутників. Принципова можливість регенерації всіх необхідних для життєдіяльності людини речовин заснована на тому, що організм виділяє в складі продуктів життєдіяльності всі ті хімічні елементи, які він отримав у вигляді їжі і води, а також поглинений при диханні кисень. Т. о., Практично створюється замкнене круговорот необхідних речовин. Регенерація харчових речовин (з вуглецю вуглекислого газу, води, мінеральних елементів сечі і калу) може бути, в принципі, здійснена при використанні здатних до фото-або хемосинтезу автотрофніорганізмів. Ведуться також пошукові дослідження з штучного синтезу харчових вуглеводів з вуглекислого газу і води.

При розрахунках СЖО виходять з потреби людини в їжі, воді і кисні, а також з кількості виведених продуктів життєдіяльності, що разом складає матеріальний баланс обміну речовин в організмі людини (див. табл. 1). Крім цього, в СЖО передбачається запас води для туалету, кількість якої при нерегенеративного системах і короткочасних польотах близько 100

г / чол-сут;

при тривалих польотах це кількість збільшується до 2-2,5

кг / чол-сут. Вода становить (залежно від кількості її для туалетних потреб) 60-80% від маси запасаються речовин. Тому регенеративні системи водозабезпечення роблять ваговій баланс СЖО нижче, ніж СЖО з нерегенеративного системами (пропорційно числу членів екіпажу і тривалості польоту). Виходячи з цього, при розрахунках СЖО матеріальний баланс вимірюється в чел-сут. Різноманітністю принципових підходів і рішень відрізняється система забезпечення киснем (див. табл. 2). Наведені в таблиці методи регенерації кисню є лише найбільш розробленими і не вичерпують можливих технологічних принципів регенерації. Методика та апаратура для регенерації кисню електролізом води дозволяє забезпечити газообмін людини за допомогою установки, яка важить близько 30

кг , при електричній потужності близько 10 вт на 1 кисню. Біологічна регенерація кисню може бути здійснена фотосинтезирующими одноклітинними водоростями, з яких найбільш вивчена хлорела . У лабораторних експериментах тривалістю до 60 л сут показана можливість забезпечення газообміну людини при обсязі культури водоростей порядку 20-30 на людину і витраті мінеральних солей близько 50 г / чел-сут. Така система одночасно забезпечує і поглинання виділяється людиною вуглекислого газу. У складніших варіантах фотосинтетичної регенеративної системи витрата мінеральних солей може бути в кілька разів зменшений у зв'язку з використанням мінеральних елементів сечі. У цьому випадку одночасно забезпечується найбільш енергоємний етап регенерації води з сечі - випаровування. Крім того, частина біомаси водоростей може бути використана в харчовому раціоні людини (до 20% білкової частини раціону). Застосування хемосинтетичних газообменніков на основі водородокісляющіх бактерій доцільно при наявності електролізної системи, коли отримується в ній водень не утилізуються для гідрування вуглекислого газу, окису вуглецю або метану в наведених фізико-хімічних процесах. Крім компенсації убутку кисню, для підтримки складу атмосфери корабля необхідно також видаляти надлишок вуглекислого газу і водяної пари. Двоокис вуглецю може бути видалена фізичними методами (виморожування, конденсація) і застосуванням лужних хімічних поглиначів. Більш економічно використовувати регенеровані сорбенти (цеоліти, карбонати). Поперемінна робота двох патронів з цеолітом в режимі "сорбція-десорбція" забезпечує поглинання вуглекислого газу, що виділяється 2 членами екіпажу при масі установки близько 40 л кг. Надлишок водяної пари з повітря може віддалятися за допомогою нерегенерованих хімічних поглиначів, регенеріруемих сорбентів (цеоліти), а також фізичними методами - виморожуванням і конденсацією. В існуючих космічних кораблях частина водяної пари конденсується на холодних поверхнях рідинно-повітряних теплообмінників, що входять в систему терморегулювання жилих кабін. Приватні СЖО - регенерації кисню, видалення вуглекислого газу і води - складають єдиний комплекс забезпечення складу атмосфери корабля. Іноді до цієї системи відносять також систему терморегулювання й фільтри очищення повітря від шкідливих домішок. Функції цих систем можуть виконуватися окремими незалежними пристроями. Так, зокрема, була вирішена СЖО атмосфери в американських кораблях "Меркурій", "Джеміні" і "Аполлон", заснована на запасах кисню, нерегенерованих поглиначів вуглекислого газу і водяної пари. Хімічні системи забезпечують спряженість розглянутих процесів в межах однієї системи. Саме таке рішення було використано в сов. кораблях "Восток", "Восход" і "Союз", де застосовувалася нерегенеративного система на основі надперекісі лужного металу. Виділення кисню регенеративним речовиною пов'язано з цілком певними кількостями поглинається води і вуглекислого газу ( рис.

).

Система водозабезпечення грунтується на запасах води. У космічному кораблі "Аполлон" питна вода вироблялася також із запасів кисню і водню, "спалює" в електрохімічних генераторах (паливних елементах) для отримання електроенергії. Розроблено різні фізико-хімічні методи регенерації води з конденсату сечі і атмосферної вологи. Конденсат атмосферних парів досить ефективно очищається від неминучих органічних домішок каталітичним окисленням, а також за допомогою іонообмінних смол і вугілля. У найбільш розроблених методах регенерації води з сечі використовуються режими випаровування при різних тиску і температурі, з подальшим каталітичним окисленням забруднюючих домішок в паровій фазі і очищенням одержуваного конденсату сорбентами. Дані методи дозволяють регенерувати велику частину споживаної води, а при подальшому їх вдосконаленні - домогтися практично замкнутого циклу її регенерації. На відміну від попередніх систем, забезпечення їжею не має найближчих перспектив переходу до регенеративним системам. Запаси їжі в космічному кораблі складаються з продуктів і готових страв, консервованих у їх природному стані або в обезвоженном вигляді (див. Ліофілізація

Регенерація харчових речовин можлива на основі використання фотосинтезуючих зелених рослин. Оскільки при цьому також вирішується завдання поглинання вуглекислого газу і регенерації води, то можливе створення СЖО по типу закритої

екологічної системи , заснованої на замкнутому біологічному кругообігу обмеженої кількості речовини. Потрібні для людини речовини безперервно відтворюються в такій системі завдяки життєдіяльності рослин, тварин і мікроорганізмів. Для цього слід розташувати комплекс необхідних організмів (див. ). Биокомплекс ) в таку функціональну замкнуту ланцюг, що включає і людини, де "вихідні" характеристики попередньої ланки відповідають параметрам "входу" наступного. В результаті такої організації матеріально-енергетичних відносин між елементами системи виникає нова якість - цілісна система вищого порядку, що має властивості закритої термодинамічної системи. Така система в принципі здатна до автономного існування без надходження речовини ззовні, наскільки це дозволить ступінь узгодженості вхідних і вихідних характеристик суміжних ланок системи. При цьому вперше виникає ситуація, коли існування самої системи стає в залежність від життєдіяльності людини як одного з її функціональних елементів. Ця залежність настільки велика, що звичне уявлення про СЖО, як про щось зовнішньому по відношенню до людини, втрачає свою основу, оскільки людина тут є об'єктом забезпечення в тій же мірі, в якій він сам необхідний як складової частини системи як цілого. Це показує всю умовність терміна СЖО по відношенню до закритих екологічним системам, що включає людини. Літ.: Проблеми космічної біології, т. 5-7, Л. - М., 1967; Космічна біологія і медицина, М., 1966. О. Г. Газенко.

Табл. 1. - Примірний матеріальний баланс обміну речовин людини Споживання, газ

© 930


Кисень

800
Водяні Табл. 2. - Основні технологічні принципи систем регенерації кисню,

нерегенеративного запасалися-
мого? кисню

Молекуляр-

ний кисень: газоподібний, рідкий

Хімічно пов'язаний у формі води

Хімічно пов'язаний в складі: перекисів, надперекісей і озонідов лужних металів, перхлоратов, перекису водню

Способи мобілі-

зації запасу

Ступенева редукція газу високого тиску: випаровування зрідженого газу і редукція

Електроліз води (вільної або зв'язаної фосфорним ангідридом)

хімічне розкладання кисневих сполук металів при поглинанні ними води і вуглекислоти, каталітичне розкладання перекису водню

Джерела енергії

На внутрішній енергія стиснутого або скрапленого газу

Зовнішні джерела енергії

 

Енергія екзотермічніреакцій

Регенеративні кисню

Вуглекислий газ і вода, що виділяються людиною як продукти окислення харчових речовин

Вуглекислий газ і вода, що виділяються людиною як продукти окислення харчових речовин

Методи регенера-

ції

Електроліз води: пряме відновлення вуглекислого газу воднем до вуглецю і води з подальшим електролізом води, відновлення вуглекислого газу воднем до метану? (або окису вуглецю) і води з наступним електролізом води

Фотосинтез зелених рослин, хемосинтез автотрофних бактерій (напр., водородоокісляющіх)

Форма споживана-

мій енергії

Теплова, електрична

Для фотосинтезу =? світлова, для хемосинтезу = електрична (для отримання водню)
мого? кислорода

Молекуляр-

ный кислород: газообразный, жидкий

Химически связанный в форме воды

Химически связанный в составе: перекисей, надперекисей и озонидов щелочных металлов, перхлоратов, перекиси водорода

Способы мобили-
зации запаса

Ступенчатая редукция газа высокого давления: испарения сжиженного газа и редукция

Электролиз воды (свободной или связанной фосфорным ангидридом)

Химическое разложение кислородных соединений металлов при поглощении ими воды и углекислоты, каталитическое разложение перекиси водорода

Источники энергии

Внутренняя энергия сжатого или сжиженного газа

Внешние источники энергии

Энергия экзотермических реакций

Регенеративные системы

Физико-химические

Биологические

Источники кислорода

Углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ

Углекислый газ и вода, выделяемые человеком как продукты окисления пищевых веществ

Методы регенера-

ции

Электролиз воды: прямое восстановление углекислого газа водородом до углерода и воды с последующим электролизом воды, восстановление углекислого газа водородом до метана? (или окиси углерода) и воды с последующим электролизом воды

Фотосинтез зеленых растений, хемосинтез автотрофных бактерий (напр., водородоокисляющих)

Форма потребляе-

мой энергии

Тепловая, электрическая

Для фотосинтеза =? световая, для хемосинтеза = электрическая (для получения водорода)





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка