жизнеобеспечение
Значение слова жизнеобеспечение по словарю медицинских терминов:
жизнеобеспечение - комплекс мероприятий, направленных на создание и поддержание в некотором изолированном объеме (в кабине космического корабля, в скафандре и т. п.) условий, необходимых для сохранения жизни, здоровья и работоспособности людей; включает создание и поддержание заданного уровня барометрического давления, температуры, влажности и химического состава искусственной атмосферы, а также водообеспечение, питание и пр.
Определение слова «жизнеобеспечение» по БСЭ:
Жизнеобеспечение - в космическом полёте, системы жизнеобеспечения (СЖО), комплекс мероприятий, направленных на обеспечение жизнедеятельности экипажа космического корабля на протяжении полёта. Верхние слои атмосферы Земли и тем более космическое пространство, условия на поверхности планет Солнечной системы непригодны для жизни высокоорганизованных существ, включая человека. Поэтому жизнь и деятельность человека в космическом пространстве может быть обеспечена созданием в космических кораблях, на искусственных спутниках Земли или планетных станциях искусственной среды обитания, близкой к оптимальной области диапазона жизни на Земле, в её биосфере. Это относится как к воздушной среде - искусственной атмосфере корабля, так и к тем элементам среды, в широком смысле слова, которые необходимы для питания и поддержания водного баланса организма человека.
Существование человека основано на непрерывном обмене вещества и энергии с окружающей средой. Создание возможностей для этого является функцией СЖО. Т. о., СЖО - комплекс устройств, агрегатов и запасов веществ, обеспечивающих необходимые условия жизнедеятельности экипажа в течение всего полёта. Частные системы (подсистемы) этого комплекса обеспечивают соответствующие им отдельные стороны жизнедеятельности (обмена веществ) организма: питание, водный обмен, газообмен, теплообмен (терморегулирование), отправление естественных надобностей и т. д. Такова типовая структура СЖО в наиболее часто употребляемом узком значении этого термина. СЖО могут быть коллективными (СЖО космических кораблей и планетных станций) и индивидуальными, например автономные СЖО, применяемые вместе со скафандрами.
В более широком смысле к сфере СЖО иногда относят все остальные устройства и предметы, служащие для обеспечения гигиенических, бытовых, культурных и эстетических потребностей экипажа. Необходимость наиболее полного удовлетворения этих потребностей существенно возрастает с увеличением продолжительности пребывания экипажа в космосе, когда эти стороны деятельности человека могут приобретать значение жизненно важных факторов. Частные СЖО делятся на нерегенеративные, предусматривающие создание бортовых запасов пищи, воды, кислорода, и регенеративные, основанные на регенерации этих веществ из продуктов жизнедеятельности человека или др. обитателей космических кораблей и спутников.
Принципиальная возможность регенерации всех необходимых для жизнедеятельности человека веществ основана на том, что организм выделяет в составе продуктов жизнедеятельности все те химические элементы, которые он получил в виде пищи и воды, а также поглощённый при дыхании кислород. Т. о., практически создаётся замкнутый круговорот необходимых веществ. Регенерация пищевых веществ (из углерода углекислого газа, воды, минеральных элементов мочи и кала) может быть, в принципе, осуществлена при использовании способных к фото- или хемосинтезу автотрофных организмов. Ведутся также поисковые исследования по искусственному синтезу пищевых углеводов из углекислого газа и воды.
При расчётах СЖО исходят из потребности человека в пище, воде и кислороде, а также из количества выводимых продуктов жизнедеятельности, что вместе составляет материальный баланс обмена веществ в организме человека (см. табл. 1). Помимо этого, в СЖО предусматривается запас воды для туалета, количество которой при нерегенеративных системах и кратковременных полётах около 100 г/чел-сут; при длительных полётах это количество увеличивается до 2-2,5 кг/чел-сут. Вода составляет (в зависимости от количества её для туалетных надобностей) 60-80% от массы запасаемых веществ. Поэтому регенеративные системы водообеспечения делают весовой баланс СЖО ниже, чем СЖО с нерегенеративными системами (пропорционально числу членов экипажа и длительности полёта). Исходя из этого, при расчётах СЖО материальный баланс измеряется в чел-сут.
Табл. 1. - Примерный материальный баланс обмена веществ человека
Потребление, | Выделение, |
г/чел-сут | г/чел-сут |
Пища | 500 | Углекислый газ | 930 |
Кислород | 800 | Водяные пары | 840 |
Воды | 2200 | Моча | 1500 |
| | Кал | 230 |
Итого | 3500 | Итого | 3500 |
Разнообразием принципиальных подходов и решений отличается
система обеспечения кислородом (см. табл. 2). Приведённые в таблице методы регенерации кислорода являются лишь наиболее разработанными и не исчерпывают возможных технологических принципов регенерации.
Методика и
аппаратура для регенерации кислорода электролизом воды позволяет
обеспечить Газообмен человека с помощью
установки, которая
весит около 30 кг, при электрической
мощности около 10 вт на 1 л кислорода. Биологическая регенерация кислорода может быть осуществлена фотосинтезирующими одноклеточными водорослями, из которых наиболее изучена
Хлорелла. В лабораторных экспериментах
длительностью до 60 сут показана возможность обеспечения газообмена человека при объёме культуры
водорослей порядка 20-30 л на человека и затрате минеральных солей около 50 г/чел-сут. Такая система
одновременно обеспечивает и
поглощение выделяемого человеком углекислого газа.
В более сложных вариантах фотосинтетической
регенеративной системы
расход минеральных солей может быть в
несколько раз уменьшен в
связи с использованием минеральных элементов мочи. В этом случае одновременно обеспечивается наиболее
энергоёмкий этап регенерации воды из мочи -
испарение. Кроме того,
часть биомассы водорослей может быть использована в пищевом рационе человека (до 20% белковой части рациона).
Применение хемосинтетических газообменников на основе водородокисляющих бактерий
целесообразно при наличии электролизной системы, когда получаемый в ней
водород не утилизируется для
гидрирования углекислого газа, окиси углерода или метана в приведённых физико-химических процессах. Помимо компенсации убыли кислорода, для поддержания состава атмосферы корабля необходимо также
удалять избыток углекислого газа и водяных паров.
Двуокись углерода может быть удалена физическими методами
(вымораживание, конденсация) и применением щелочных химических поглотителей.
Более экономично использовать регенерируемые
сорбенты (цеолиты, карбонаты). Попеременная
работа двух патронов с цеолитом в режиме
«сорбция-десорбция» обеспечивает поглощение углекислого газа, выделяемого 2 членами экипажа при массе установки около 40 кг.
Табл. 2. - Основные технологические принципы систем регенерации кислорода,
| Нерегенеративные системы |
| физические | физико-химические | химические |
Формы | Молекуляр- | Химически связанный | Химически связанный в |
запасае- | ный кислород: | в форме воды | составе: перекисей, |
мого | газообразный, | | надперекисей и озонидов |
кислорода | жидкий | | щелочных металлов, |
| | | перхлоратов, перекиси |
| | | водорода |
Способы | Ступенчатая | Электролиз воды | Химическое разложение |
мобили- | редукция газа | (свободной или | кислородных соединений |
зации запаса | высокого | связанной | металлов при поглощении ими |
| давления: | фосфорным | воды и углекислоты , |
| испарения | ангидридом) | каталитическое разложение |
| сжиженного газа | | перекиси водорода |
| и редукция |
Источники | Внутренняя | Внешние источники | Энергия экзотермических |
энергии | энергия сжатого | энергии | реакций |
| или сжиженного |
| газа |
| Регенеративные системы |
| Физико-химические | Биологические |
Источники | Углекислый газ и вода, выделяемые | Углекислый газ и вода, |
кислорода | человеком как продукты окисления | выделяемые человеком как |
| пищевых веществ | продукты окисления пищевых |
| | веществ |
Методы | Электролиз воды: прямое | Фотосинтез зеленых растений, |
регенера- | восстановление углекислого газа | хемосинтез автотрофных |
ции | водородом до углерода и воды с | бактерий (напр., |
| последующим электролизом воды, | водородоокисляющих) |
| восстановление углекислого газа |
| водородом до метана (или окиси |
| углерода) и воды с последующим |
| электролизом воды |
Форма | Тепловая, электрическая | Для фотосинтеза - световая, |
потребляе- | | для хемосинтеза - |
мой энергии | | электрическая (для получения |
| | водорода) |
Избыток водяных паров из воздуха может
удаляться с помощью нерегенерируемых химических поглотителей, регенерируемых сорбентов (цеолиты), а также физическими методами - вымораживанием и конденсацией. В существующих космических кораблях часть водяных паров конденсируется на холодных поверхностях жидкостно-воздушных теплообменников, входящих в систему терморегулирования обитаемых кабин.
Частные СЖО - регенерации кислорода,
удаления углекислого газа и воды - составляют
единый комплекс обеспечения состава атмосферы корабля.
Иногда к этой системе относят также систему терморегулирования и фильтры
очистки воздуха от вредных примесей.
Функции этих систем могут
выполняться отдельными независимыми устройствами. Так, в
частности, была решена СЖО атмосферы в американских кораблях
«Меркурий», «Джемини» и «Аполлон», основанная на запасах кислорода, нерегенерируемых поглотителей углекислого газа и водяных паров.
Химические системы обеспечивают сопряженность рассматриваемых процессов в пределах одной системы.
Именно такое решение было
использовано в сов. кораблях
«Восток», «Восход» и «Союз», где применялась нерегенеративная система на основе надперекиси щелочного металла.
Выделение кислорода регенеративным веществом связано с
вполне определёнными количествами
поглощаемой воды и углекислого газа (рис.).
Система водообеспечения основывается на запасах воды. В космическом корабле «Аполлон» питьевая вода вырабатывалась также из запасов кислорода и водорода, «сжигавшегося» в электрохимических генераторах (топливных элементах) для
получения электроэнергии. Разработаны
различные физико-химические методы регенерации воды из конденсата мочи и атмосферной влаги.
Конденсат атмосферных паров достаточно эффективно очищается от неизбежных органических примесей каталитическим окислением, а также с помощью ионообменных смол и углей. В наиболее разработанных методах регенерации воды из мочи используются режимы испарения при различных
давлении и температуре, с последующим каталитическим окислением загрязняющих примесей в
паровой фазе и очисткой получаемого конденсата сорбентами.
Данные методы позволяют
регенерировать большую часть потребляемой воды, а при дальнейшем их
совершенствовании -
добиться практически замкнутого цикла её регенерации.
В
отличие от предыдущих систем, обеспечение пищей не имеет ближайших перспектив перехода к регенеративным системам.
Запасы пищи в космическом корабле состоят из продуктов и готовых блюд, консервированных в их естественном
состоянии или в обезвоженном виде (см.
Лиофилизация). Регенерация пищевых веществ возможна на основе использования фотосинтезирующих зелёных
растений. Поскольку при этом также решается
задача поглощения углекислого газа и регенерации воды, то
возможно создание СЖО по типу закрытой экологической системы, основанной на замкнутом биологическом круговороте ограниченного количества вещества. Нужные для человека вещества непрерывно воссоздаются в
такой системе
благодаря жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Для этого следует
расположить комплекс необходимых организмов (см.
Биокомплекс) в такую функциональную замкнутую цепь, включающую и человека, где
«выходные»
характеристики предыдущего звена соответствуют параметрам «входа» последующего. В
результате такой организации материально-энергетических
отношений между элементами системы возникает
новое качество - целостная система высшего порядка, обладающая свойствами закрытой термодинамической системы. Такая система в принципе способна к автономному
существованию без
поступления вещества
извне, насколько это позволит
степень согласованности входных и выходных характеристик смежных звеньев системы. При этом
впервые возникает ситуация, когда существование самой системы становится в
зависимость от жизнедеятельности человека как одного из её функциональных элементов. Эта зависимость
настолько велика, что
привычное представление о СЖО, как о чём-то внешнем по отношению к
человеку, теряет своё
основание, поскольку человек
здесь является объектом обеспечения в той же мере, в
какой он сам необходим в качестве составной части системы как целого. Это показывает всю
условность термина СЖО по отношению к закрытым экологическим системам, включающим человека.
Лит.: Проблемы космической биологии, т. 5-7, Л. - М., 1967; Космическая биология и
медицина, М., 1966.
О. Г. Газенко.
9/0901511.tif
Принципиальная
схема системы регенерации и
кондиционирования воздуха корабля - спутника «Восток»: 1 - вентилятор; 2, 3, 4 - регенераторы с регулирующим устройством; 5, 6 - осушители; 7, 8 - краны с ручным управлением; 9 -
автоматический кран; 10 - жидкостно-воздушный теплообменник; 11 -
шторка радиатора; 12 - исполнительный
механизм (привод шторки); 13 - усилитель; 14 - задатчик температуры; 15 -
датчик температуры; 16 -
сигнализатор и
измеритель влажности; 17 - измеритель давления; 18 - измеритель температуры; 19 - приборная доска; 20, 21, 22, 23 - датчики давления, температуры, влажности; 24, 25, 26 -
газоанализаторы O
2 и CO
2; 27 - фильтры вредных примесей; 28 - противопылевой фильтр; 29 - блок терморегулирования.
жизненный цикл в биологии
жизнеобеспечение
жизнеспособность в судебной медицине