Systém podpory života - Life-support system

Další použití „podpory života“ viz Podpora života (disambiguation).

A systém podpory života je kombinace vybavení, které umožňuje přežití v prostředí nebo situaci, která by tento život v jeho nepřítomnosti nepodporovala. Obecně se aplikuje na systémy podporující lidský život v situacích, kdy je vnější prostředí nepřátelské, například v prostředí prostor nebo pod vodou, nebo lékařské situace, kdy je zdraví osoby ohroženo do té míry, že riziko smrti by bylo vysoké bez funkce zařízení.

v lidský vesmírný let, systém podpory života je skupina zařízení, která umožňují lidské bytosti přežít ve vesmíru.US vládní vesmírná agentura NASA,[1] a soukromý vesmírný let společnosti tento termín používají systém kontroly životního prostředí a podpory života nebo zkratka ECLSS při popisu těchto systémů.[2] Systém podpory života může dodávat vzduch, vodu a jídlo. Musí také udržovat správnou tělesnou teplotu, přijatelný tlak na tělo a nakládat s odpadními produkty těla. Může být také nutné chránit před škodlivými vnějšími vlivy, jako je záření a mikrometeority. Součásti systému podpory života jsou životně důležité, a jsou navrženy a konstruovány pomocí bezpečnostní inženýrství techniky.

v potápění pod vodou, je dýchací přístroj považován za vybavení podporující život a systém nasycení potápění je považován za systém podpory života - jsou povolani pracovníci odpovědní za jeho provoz technici podpory života. Koncept lze také rozšířit na ponorky, s posádkou ponorky a atmosférické potápěčské obleky, Kde dýchací plyn vyžaduje léčbu, aby zůstala dýchatelná, a obyvatelé jsou izolováni od vnějšího tlaku a teploty okolí.

Mezi lékařské systémy na podporu života patří stroje na srdce a plíce, lékařské ventilátory a dialýza zařízení.

Lidské fyziologické a metabolické potřeby

Člen posádky typické velikosti vyžaduje přibližně 5 kilogramů (11 lb) jídlo, voda, a kyslík denně provádět standardní činnosti na vesmírné misi a vydává podobné množství ve formě pevných látek, odpadních kapalin a oxid uhličitý.[3] Hmotnostní rozdělení těchto metabolických parametrů je následující: 0,84 kg (1,9 lb) kyslíku, 0,62 kg (1,4 lb) jídla a 3,54 kg (7,8 lb) spotřebované vody, převedené fyziologickými procesy těla na 0,11 kg ( 3,9 oz) pevných odpadů, 3,89 kg (8,6 lb) kapalných odpadů a 1,00 kg (2,20 lb) oxidu uhličitého. Tyto úrovně se mohou lišit v závislosti na úrovni aktivity konkrétního úkolu mise, ale musí se řídit zásadou hmotnostní bilance. Skutečné využití vody během vesmírných misí je obvykle dvojnásobek dané hodnoty, hlavně kvůli nebiologickému použití (např. Sprchování). Kromě toho se objem a rozmanitost odpadních produktů liší podle doby trvání mise, aby zahrnovala vlasy, nehty, odlupování kůže a další biologické odpady v misích delších než jeden týden. Další aspekty životního prostředí, jako je záření, gravitace, hluk, vibrace a osvětlení, také ovlivňují fyziologickou odezvu člověka ve vesmíru, i když ne s okamžitým účinkem, který mají metabolické parametry.

Atmosféra

Systémy pro podporu kosmického života udržují atmosféry složené minimálně z kyslíku, vodní páry a oxidu uhličitého. The částečný tlak z každé složky plynu se přidává k celkovému barometrický tlak.

Odstranění plynných ředidel však podstatně zvyšuje riziko požáru, zejména při pozemních operacích, kdy musí ze strukturálních důvodů celkový tlak v kabině překročit vnější atmosférický tlak; vidět Apollo 1. Dále toxicita kyslíku se stává faktorem při vysokých koncentracích kyslíku. Z tohoto důvodu většina moderních kosmických lodí s posádkou používá konvenční atmosféry vzduchu (dusík / kyslík) a čistý kyslík používá pouze v tlakové obleky v době extravehiculární aktivita tam, kde přijatelná flexibilita obleku vyžaduje nejnižší možný nafukovací tlak.

Voda

Vodu spotřebovávají členové posádky pro pití, úklidové činnosti, řízení teploty EVA a nouzové použití. Musí být efektivně skladován, používán a regenerován (z odpadní vody), protože pro prostředí dosažená v průběhu průzkumu lidského vesmíru v současné době neexistují žádné místní zdroje. Budoucí měsíční mise mohou využívat vodu získanou z polárních ledů; Mise na Marsu mohou využívat vodu z atmosféry nebo ledové usazeniny.

Jídlo

Všechny vesmírné mise dosud používaly dodané jídlo. Systémy na podporu života by mohly zahrnovat systém pěstování rostlin, který umožňuje pěstování potravin v budovách nebo plavidlech. Tím by se také regenerovala voda a kyslík. Žádný takový systém však dosud neletěl ve vesmíru. Takový systém by mohl být navržen tak, aby znovu využíval většinu (jinak ztracených) živin. To se děje například pomocí kompostovací toalety které reintegrují odpadní materiál (exkrementy) zpět do systému a umožňují přijímání živin v potravinářských plodinách. Potraviny pocházející z plodin pak uživatelé systému znovu konzumují a cyklus pokračuje. Příslušné logistické a oblastní požadavky však byly při implementaci takového systému dosud neúnosné.

Systémy vesmírných vozidel

Blíženci, Merkur a Apollo

Americká kosmická loď Mercury, Gemini a Apollo obsahovala 100% kyslíkové atmosféry, vhodné pro krátkodobé mise, aby se minimalizovala hmotnost a složitost.[4]

Raketoplán

The Raketoplán byla první americká kosmická loď, která měla atmosférickou směs podobnou Zemi, obsahující 22% kyslíku a 78% dusíku.[4] V případě raketoplánu zahrnuje NASA do kategorie ECLSS systémy, které poskytují posádce podporu života a kontrolu užitečného zatížení životního prostředí. The Referenční příručka raketoplánu obsahuje sekce ECLSS na: Natlakování kabiny kabiny, Revitalizace vzduchu v kabině, Systém smyčky chladicí kapaliny vody, Systém aktivní tepelné regulace, Zásobování a odpadní voda, Systém sběru odpadu, Nádrž na odpadní vodu, Podpora přechodové komory, Extravehicular Mobility Units Systém ochrany nadmořské výšky posádky a chlazení radioizotopovým termoelektrickým generátorem a čištění plynným dusíkem pro užitečné zatížení.[5]

Sojuz

Systém podpory života na internetu Kosmická loď Sojuz se nazývá Kompleks Sredstv Obespecheniya Zhiznideyatelnosti (KSOZh).[Citace je zapotřebí ]Vostok, Voshkod a Sojuz obsahovaly směsi podobné vzduchu při přibližně 101 kPa (14,7 psi).[4]

Zapoj a hraj

The Paragon Space Development Corporation vyvíjí plug and play ECLSS s názvem komerční revitalizační systém pro dopravu a vzduch (CCT-ARS)[6] pro budoucí kosmickou loď částečně placenou za použití komerčního vývoje posádky NASA (CCDev ) peníze.[7]

CCT-ARS poskytuje sedm primárních funkcí podpory života kosmických lodí ve vysoce integrovaném a spolehlivém systému: řízení teploty vzduchu, odstraňování vlhkosti, odstraňování oxidu uhličitého, odstraňování stopových látek, zpětné získávání atmosféry, filtrace vzduchu a cirkulace vzduchu v kabině.[8]

Systémy vesmírných stanic

Systémy vesmírných stanic zahrnují technologii, která umožňuje lidem žít ve vesmíru po delší dobu. Tato technologie zahrnuje filtrační systémy pro likvidaci lidského odpadu a produkci vzduchu.

Skylab

Skylab používal 72% kyslíku a 28% dusíku při celkovém tlaku 5 psi.[Citace je zapotřebí ]

Saljut a Mir

Vesmírné stanice Salyut a Mir obsahovaly směs kyslíku a dusíku podobnou vzduchu při přibližně tlacích na úrovni moře 93,1 kPa (13,5 psi) až 129 kPa (18,8 psi) s obsahem kyslíku 21% až 40%.[4]

Komerční vesmírná stanice Bigelow

Systém podpory života pro Komerční vesmírná stanice Bigelow navrhuje Bigelow Aerospace v Las Vegas, Nevada. The vesmírná stanice bude postavena z obyvatelných Sundancer a BA 330 rozšiřitelné moduly kosmických lodí. Od října 2010 "člověk ve smyčce testování systému řízení a podpory životního prostředí (ECLSS) “pro Sundancer začal.[9]

Přírodní systémy

Přírodní LSS jako Biosféra 2 v Arizoně byly testovány na budoucí vesmírné cestování nebo kolonizaci. Tyto systémy jsou také známé jako uzavřené ekologické systémy. Mají tu výhodu, že používají sluneční energii pouze jako primární energii a jsou nezávislí na logistické podpoře palivem. Přírodní systémy mají nejvyšší stupeň účinnosti díky integraci více funkcí. Poskytují také správné prostředí pro člověka, které je nezbytné pro delší pobyt ve vesmíru.

Stanoviště pro potápění pod vodou a nasycení

Viz také: Saturační potápění a Podvodní stanoviště

Podvodní stanoviště a ubytovací zařízení s nasycením povrchu poskytují svým obyvatelům podporu života po několik dní až týdnů. Obyvatelé jsou omezeni okamžitým návratem k povrchovému atmosférickému tlaku pomocí dekomprese povinnosti až několik týdnů.

Systém podpory života ubytovacího zařízení pro nasycení povrchu poskytuje dýchací plyn a další služby na podporu života personálu pod tlakem. Zahrnuje následující komponenty:[10] Podvodní stanoviště se liší tím, že okolní vnější tlak je stejný jako vnitřní tlak, takže některé technické problémy jsou zjednodušeny.

  • Zařízení na stlačování, míchání a skladování plynu
  • Komorový klimatizační systém - regulace teploty a vlhkosti a filtrace plynu
  • Přístrojová, kontrolní, monitorovací a komunikační zařízení
  • Systémy hašení požáru
  • Sanitační systémy

Podvodní stanoviště vyrovnávají vnitřní tlak s vnějším vnějším tlakem, což umožňuje cestujícím volný přístup do okolního prostředí v konkrétním hloubkovém rozsahu, zatímco saturační potápěči ubytovaní v povrchových systémech jsou přeneseny pod tlakem do pracovní hloubky v a uzavřený potápěčský zvon

Systém podpory života pro zvon poskytuje a monitoruje hlavní zásobu dýchací plyn a řídící stanice monitoruje rozmístění a komunikaci s potápěči. Primární přívod plynu, napájení a komunikace do zvonu probíhá prostřednictvím pupečního zvonu, který je tvořen několika hadicemi a elektrickými kabely zkroucenými dohromady a rozmístěnými jako jednotka.[11] To je rozšířeno na potápěče prostřednictvím potápěčských pupečníků.[10]

Systém podpory života v prostředí udržuje prostředí komory v přijatelném rozsahu pro zdraví a pohodlí cestujících. Monitorovány a řízeny jsou teplota, vlhkost, sanitační systémy kvality dýchacího plynu a funkce zařízení.[11]

Experimentální systémy podpory života

MELiSSA

Mikroekologický systém podpory života Alternativa (MELiSSA ) je Evropská kosmická agentura vedená iniciativa, koncipovaná jako ekosystém založený na mikroorganismech a vyšších rostlinách, zamýšlená jako nástroj k získání pochopení chování umělých ekosystémů a k vývoji technologie pro budoucí regenerativní systém podpory života pro dlouhodobé vesmírné mise s posádkou.

CyBLiSS

CyBLiSS („Cyanobacterium-Based Life Support Systems“) je koncept vyvinutý vědci z několika vesmírných agentur (NASA, Německé letecké středisko a Italská kosmická agentura ), který by použil sinice zpracovávat zdroje dostupné na Marsu přímo na užitečné produkty a na substráty[je zapotřebí objasnění ] pro jiné klíčové organismy Bioregenerativní systém podpory života (BLSS).[12] Cílem je zajistit, aby budoucí základny s posádkou na Marsu byly co nejvíce nezávislé na Zemi (průzkumníci žijící „mimo pevninu“), aby se snížily náklady na mise a zvýšila bezpečnost. Ačkoli by byl vyvinut samostatně, CyBLiSS by byl doplňkem k jiným projektům BLSS (jako např. MELiSSA), protože je může spojovat s materiály nacházejícími se na Marsu, čímž je činí udržitelnými a rozšiřitelnými tam. Místo spoléhání se na uzavřenou smyčku lze do systému přenést nové prvky nalezené na místě.

Viz také

Poznámky pod čarou

  1. ^ NASA, 2008
  2. ^ Barry 2000.
  3. ^ Sulzman & Genin 1994.
  4. ^ A b C d Davis, Johnson & Štěpánek 2008.
  5. ^ NASA-HSF
  6. ^ Projekty Paragon
  7. ^ NASA 2010
  8. ^ Tisková zpráva společnosti Paragon
  9. ^ Bigelow Dobrovolníci
  10. ^ A b Crawford, J. (2016). „8.5.1 Systémy obnovy helia“. Postup instalace na moři (přepracované vydání). Butterworth-Heinemann. 150–155. ISBN  9781483163192.
  11. ^ A b Personál amerického námořnictva (2006). "15". US Navy Diving Manual, 6. revize. USA: US Naval Sea Systems Command. Citováno 15. června 2008.
  12. ^ Verseux, Cyprien; Baqué, Mickael; Lehto, Kirsi; de Vera, Jean-Pierre P .; Rothschild, Lynn J .; Billi, Daniela (3. srpna 2015). „Podpora udržitelného života na Marsu - potenciální role sinic“. International Journal of Astrobiology. 15: 65–92. Bibcode:2016IJAsB..15 ... 65V. doi:10.1017 / S147355041500021X.

Reference

Další čtení

  • Eckart, Peter. Spaceflight Life Support a biospherics. Torrance, CA: Microcosm Press; 1996. ISBN  1-881883-04-3.
  • Larson, Wiley J. a Pranke, Linda K., eds. Human Spaceflight: Mission Analysis and Design. New York: McGraw Hill; 1999. ISBN  0-07-236811-X.
  • Reed, Ronald D. a Coulter, Gary R. Fyziologie kosmických letů - Kapitola 5: 103–132.
  • Eckart, Peter a Doll, Susan. Systém řízení a podpory životního prostředí (ECLSS) - Kapitola 17: 539–572.
  • Griffin, značka N., Spampinato, Phil a Wilde, Richard C. Systémy extravehicular activity - Kapitola 22: 707–738.
  • Wieland, Paul O., Designing for Human Presence in Space: An Introduction to Environmental Control and Life Support Systems. National Aeronautics and Space Administration, NASA Reference Publication RP-1324, 1994

externí odkazy