Мар 28

Обеспечение кислородом на космическом корабле

Общая потребность в кислороде на космическом корабле определяется тремя факторами: потреблением кислорода членами экипажа, величиной утечки его в окружающее пространство и необходимостью повторного создания давления в кабине после ее разгерметизации. Потери кислорода при утечке могут колебаться в широких пределах в зависимости от конструкции кабины. При разработке СЖО в качестве средней величины суточного потребления кислорода на человека обычно принимается 0,91 кг, хотя истинное потребление зависит от роста и веса космонавта, его активности и окружающих условий. Повторное создание давления в кабине необходимо для выполнения операций вне корабля. Кроме того, разгерметизация может использоваться как средство борьбы с пожаром или очистки атмосферы кабины от токсичных примесей.

Запасы газов для создания искусственной атмосферы можно хранить при высоком давлении и температуре окружающей среды, в виде криогенной жидкости при низком или умеренном давлении и в виде химических соединений.

Хранение под высоким давлением

Хранение газов при высоком давлении весьма привлекательно прежде всего с точки зрения надежности. Этот способ представляет собой оптимальный вариант при небольших количествах газа, когда криогенное хранение не приводит к выигрышу в весе и объеме сосудов.

Общий подход к проектированию и оптимизации баллонов высокого давления основывается на стремлении свести к минимуму их объем путем повышения давления газа при условии, что оно не повлечет за собой чрезмерного утолщения стенок. Опыты показали, что при высоких давлениях сжимаемость газов оказывает серьезное влияние на объем и вес баков. При давлении выше нескольких сот атмосфер сжимаемость газа падает настолько, что выигрыша в объеме баков не получается. По мере увеличения давления общий объем баков можно довести до минимума, но затем он значительно возрастет из-за утолщения стенок. Поэтому с целью выбора оптимальной конструкции баков было проведено детальное изучение влияния величины давления при данном количестве газа на вес и объем бака. Проведенные опыты по выбору оптимального давления в баках с кислородом показали, что оно составило 500 атм, при условии одинакового значения веса и объема бака. Это давление и было принято для баков, использованных в СЖО кораблей «Меркурий».

Криогенное хранение

Опыт гражданской авиации показал, что способ криогенного хранения сжиженных газов имеет целый ряд преимуществ перед способом хранения газообразного кислорода и азота при высоком давлении:

—  уменьшается объем баков вследствие более высокой плотности жидкости при низком и умеренном давлении хранения;

—  уменьшается вес бака в результате уменьшения его объема и более низкого давления;

—  повышается надежность в связи с более низким давлением;

—  он является потенциальной системой охлаждения и замораживания, что может найти самое широкое применение на борту корабля.

Применение в космическом полете системы криогенного хранения связано с двумя основными трудностями: баки будут весьма чувствительны к притоку тепла извне в связи с низкой температурой жидкости, и подача жидкости из баков в СЖО в условиях невесомости приведет к определенным усложнениям системы криогенного хранения.

Основными проблемами при создании баков для криогенного хранения являются: 1) надежная теплоизоляция их для сведения к минимуму испарения жидкости или дренажных потерь, когда баками не пользуются или расход газа из них незначительный; 2) обеспечение давления в баках для подачи однофазной жидкости в условиях невесомости; 3) дренажирование баков для сброса давления образующихся газов во время хранения; 4) определение количества жидкости в баке в любой момент пользования им.

В настоящее время изучаются различные типы баков для криогенного хранения в условиях невесомости. Эти баки можно классифицировать по типу хранения жидкости и методу создания давления в них. Например, кислород может храниться в виде однофазной жидкости или двухфазной смеси жидкости и пара. В последнем случае требуются определенные условия для их разделения. Чтобы вытеснить из бака жидкость, в нем создается давление либо подачей газа извне в эластичную вытеснительную камеру, либо подводом тепла. Последнее может обеспечиваться электронагревательными устройствами, подогревом стенок или помещенным в бак теплообменником.

Ниже рассматриваются основные типы баков для криогенного хранения.

Рис. 1. Схема системы хранения кислорода при сверхкритическом давлении с подачей тепла:

1 – бак для хранения; 2 – наземный нагреватель; 3 – штуцер заправки; 4 – «клапан дренажирования и сброса давления; 5 – отсечный кран; 6 – клапан регулирования степени нагрева; 7 – змеевик нагревателя; 8 – редуктор давления

Похожие статьи:

  1. Хранение жидкости под давлением в баке с вытеснительной камерой Однофазная сжатая жидкость хранится в баке, снабженном эластичной вытеснительной камерой,...
  2. Хранение кислорода при сверхкритических давлениях с подачей тепла Однофазную жидкость при сверхкритическом давлении вытесняют из бака, создавая в...
  3. Хранение смеси с двухфазной подачей тепла для создания давления Криогенная жидкость хранится в баке при докритическом давлении в виде...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.