Мар 30

Космические системы жизнеобеспечения

Ю. КОНЕЧЧИ

ВВЕДЕНИЕ

Экология, или биономика, является областью биологии, которая занимается изучением взаимодействия между организмом и окружающей средой. В герметической кабине космического корабля экологическая система включает космонавта (или космонавтов) и окружающую среду. Слово «экология» происходит от греческого слова «оikos», что значит «дом». Экологическая наука возникла на основе господствовавших ранее представлений о развитии естественной истории. С годами она, как и другие области биологии, стала шире использовать экспериментальные методы. Специалисты в области экологии занимаются решением вопроса о том, почему живой организм в одних условиях окружающей среды может существовать, а в других погибает.

Рис. 1. Экологическая система Земли в состоянии равновесия

Как известно, почти все живое, в конечном счете, зависит от солнечной энергии. На рис. 1 изображена земная экологическая система в состоянии равновесия. Практически все организмы можно разделить на две группы. К первой относятся зеленые растения и некоторые бактерии, которые используют солнечную энергию непосредственно с помощью хлорофилла или аналогичных веществ, участвующих в процессе фотосинтеза. Во вторую группу входят почти все организмы, получающие энергию из органических соединений, синтезированных растениями. Человек и животные, за исключением некоторых, простейших (жгутиковые), относятся ко второй группе.

В биологии термин «фотосинтез» употребляется для обозначения синтеза углеводов из углекислого газа и воды под действием солнечного света в присутствии хлорофилла. Однако в химии фотосинтезом называют любой процесс синтеза, для которого источником энергии служит свет.

Растения и животные в процессе дыхания поглощают кислород земной атмосферы и выделяют углекислый газ. Фотосинтез в зеленых растениях имеет огромное значение для поддержания земной атмосферы в пригодном для жизни достоянии путем восстановления углекислого газа и окисления воды. В процессе фотосинтеза выделение кислорода в земную атмосферу происходит именно при расщеплении молекулы Н2О, а не СО2.Это требует значительных энергетических затрат, потому что вода прочно удерживает атомы водорода, а углекислый газ очень неохотно присоединяет водород для образования сахара. Каталитическое действие хлорофилла в сочетании с солнечной энергией очевидно, упрощает ход этой реакции.

Рис. 2. Общий обмен лучистой энергии (* – средняя величина, кал/день/см2)

На рис. 2 приведены средние величины суточного обмена лучистой энергии в грамм-калориях (г-кал) на 1 см2. Энергия солнечного излучения за пределами земной атмосферы составляет в среднем 720 г-кал/см2. Из этого количества 300 г-кал/см2 падает на поверхность Земли, 360 – отражается обратно в космическое пространство, а 60 – поглощается атмосферой. Сама Земля является источником теплового излучёния и выделяет в сутки 500 г-кал/см2, из которых 60 – отражается атмосферой, 360 – поглощается ею, а 80 – рассеивается в космическом пространстве.

Скрытая теплота испарения воды добавляет в атмосферу 200 г-кал/см2 в сутки. Суточная лучистая энергия атмосферы составляет 620 г-кал/см2, причем на Землю испускается 340 г-кал/см2, а 280 г-кал/см2 уходит в космическое пространство.

Рис 3. Факторы экологической замкнутой системы

Термины «герметическая кабина» и «замкнутая экологическая система» употреблялись в биоастронавтике как синонимы. В 1959 г. автор настоящей статьи сделал обзор на тему «Системы герметической кабины для полета человека в космос» со 138 ссылками на литературные источники. В полностью замкнутой системе должны быть предусмотрены все факторы, отмеченные на рис. 3.

Для создания любой экологической системы необходимо точно знать программу полета космического корабля. Затем нужно произвести анализ полета и функций космонавтов, для того чтобы определить взаимосвязь космонавтов и систем корабля, размещенных в кабине. Анализ систем должен быть всесторонним и глубоким. Нельзя уделять внимание какой-то одной подсистеме или одному виду деятельности, оно должно быть сосредоточено на изучении различных видов взаимодействия отдельных подсистем, образующих экологическую систему. Изучению окружающей среды и атмосферы замкнутых систем посвящено много исследовательских работ. Труды Симпозиума по замкнутым системам искусственной атмосферы, организованного Авиационным научно-испытательным центром Райт-Филд, представляют собой отличный обзор работ, касающихся следующих вопросов: а) допустимые концентрации выдыхаемого углекислого газа; б) допустимые концентрации выдыхаемых водяных паров; в) разложение углекислого газа и утилизация всех полезных фракций, особенно кислорода для дыхания; г) разложение воды, обеспечивающее получение кислорода для дыхания; д) полная и систематическая миниатюризация аппаратуры для замкнутой системы дыхания.

Настоящий обзор в основном посвящен сравнению экологических систем космических кораблей с экологическими системами будущих постоянных или временных баз на Луне и планетах. Функции экологических систем космических кораблей будут зависеть от мощности ракет-носителей, которые найдут применение в 1960–1975 гг. Был проведён анализ экологических систем для орбитальных, лунных и межпланетных космических кораблей. В нашем обзоре обсуждаются некоторые результаты этих исследований. Приводятся примеры конструкций ряда экологических систем.

Похожие статьи:

  1. Удаление углекислого газа Организм человека функционирует как двигатель внутреннего сгорания, непрерывно поглощая кислород...
  2. Системы регенерации кислорода По мере увеличения длительности космических полетов и понижения весовых нагрузок,...
  3. Дыхательный аппарат человека Человек является жителем Земли и не приспособлен для жизни за...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.