|
Кислород на борту летательного
аппарата может храниться в газообразном, жидком и криогенном состоянии (§
10.3), а также может находиться в связанном состоянии в соединении с
некоторыми химическими элементами.
Потребность в кислороде на летательном аппарате
определяется потреблением кислорода членами экипажа, величиной утечки его в
окружающее пространство и необходимостью повторного создания давления в
кабине регенерациоиного типа после ее вынужденной или аварийной
разгерметизации. Потери кислорода при утечке из кабин космических кораблей
обычно незначительны (например, на корабле «Аполлон» ~ 100г/ч).
Наибольшие расходы кислорода могут иметь хместо при
повторном создании давления в кабине.
Количество кислорода, потребляемого человеком, зависит от
веса человека, его физического состояния, характера и интенсивности
деятельности, от соотношения в рационе питания белков, жиров и углеводов и от
других факторов. Считается, что среднесуточное потребление кислорода
человеком в зависимости от его энергетических затрат может изменяться от 0,6
до 1 кг. При разработке систем обеспечения жизнедеятельности для длительных
полетов в качестве средней величины суточного потребления кислорода на 1
человека обычно принимается величина 0,9—1 кг.
Весовые и объемные характеристики данной системы
регенерации зависят от времени полета и от характеристик системы хранения
необходимых запасов кислорода и поглотителей вредных примесей.
Коэффициент а для системы хранения 02 в жидком состоянии
составляет величину порядка 0,52—0,53, в криогенном состоянии — 0,7, а в
газообразном состоянии — порядка 0,8.
Однако хранение кислорода в криогенном состоянии выгоднее,
так, как в этом случае по сравнению с системой жидкого кислорода требуется
более простая аппаратура, поскольку нет необходимости переводить кислород из
жидкой в газообразную фазу в условиях невесомости.
Перспективными источниками кислорода являются некоторые
химические соединения, содержащие большое количество Ог в связанном виде и
легко его отдающие.
Целесообразность использования ряда высокоактивных
химических соединений обоснована тем, что наряду с выделением кислорода в
результате реакции они поглощают углекислый газ и воду, выделяемые в процессе
жизнедеятельности экипажа. Кроме того, эти соединения способны дезодорировать
атмосферу кабины, т. е. удалять запахи, токсические вещества и уничтожать
бактерии.
Кислород в сочетании с другими элементами существует во
многих химических соединениях. Однако лишь некоторые из них можно
попользовать для получения О2. При работе на борту летательного аппарата
химические соединения должны отвечать специфическим требованиям: 1) быть
устойчивыми при хранении, безопасными и надежными в работе; 2) легко высвобождать
кислород, причем с минимальным содержанием примесей; 3) количество
высвобождаемого кислорода при одновременном поглощении С02 и Н20 должно быть
достаточно большим, чтобы свести к минимуму вес системы с запасом веществ.
На космических летательных аппаратах целесообразно
применять запасы кислорода в следующих химических соединениях: надперекисях
щелочных металлов, перекиси водорода, хлоратах щелочных металлов.
Наиболее отработанным веществом выделения кислорода
является надперекись калия.
Патроны с надперекисью пригодны для длительного хранения.
Реакцией выделения кислорода из надперекиси калия можно легко управлять.
Очень важно, что надперекиси выделяют кислород при поглощении углекислоты и
воды. Можно обеспечить такое протекание реакции, при которой отношение объема
поглощенной углекислоты к объему выделенного кислорода будет равно
дыхательному коэффициенту человека.
Для осуществления реакции газовый поток, подлежащий
обогащению кислородом и содержащий углекислый газ и пары
При первой основной реакции 1 кг К02 поглощает 0,127 кг воды и выделяет 236 л газообразного кислорода. При второй основной
реакции 1 кг К02 поглощает 175 л углекислого газа и выделяет 236 л газообразного кислорода.
Из-за наличия вторичных реакций отношение объема
выделенного в регенераторе кислорода к объему поглощенной углекислоты может
изменяться в широких пределах и не соответствовать отношению объема
кислорода, потребляемого человеком, к объему выделяемого им углекислого газа.
Протекание реакции того -или иного вида зависит от
содержания паров воды и углекислоты газа в газовом потоке. С увеличением
содержания паров воды увеличивается количество производимого кислорода.
Регулирование производительности кислорода в регенерационном патроне и
осуществляют путем изменения содержания паров воды на входе в патрон.
В качестве аварийных средств, предназначенных для быстрого
производства кислорода , в случае, например, внезапной: разгерметизации
кабины, применяют хлораты щелочных металлов (например, NaC103)t в. виде хлоратных
свечей.
Практически возможный выход кислорода в этом случае
~40to/o. Реакция разложения хлоратов идет с поглощением тепла. Тепло,
необходимое для протекания реакции, выделяется в результате окисления
железного порощка, который добавляется в хлоратные свечи. Зажигание свечей
производится фосфорной спичкой или электрозапалом. Хлоратные свечи
горят со- скоростью порядка 10 мм/мин.
При использовании систем регенерации газовой среды в»
кабине, основанных на запасах газообразного или криогенного- кислорода,
требуется производить осушку газовой среды от паров воды, углекислого газа и
вредных примесей.
Осушение газовой среды может осуществляться продувкой газа
через поглотители воды или через теплообменники, охлаждающие газ ниже точки
росы, с последующим отводом сконденсировавшейся влаги.
|