Жизнеобеспечение людей в космических кораблях и различных космических сооружениях

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Жизнеобеспечение людей в космических кораблях и различных космических сооружениях

Бдайциев М.А. 1
1ФГКОУ «Северо-Кавказское суворовское военное училище Министерства обороны Российской Федерации»
Курьянов А.А. 1
1ФГКОУ «Северо-Кавказское суворовское военное училище Министерства обороны Российской Федерации»
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Начало XXI века может войти в историю развития земной цивилизации как качественно новая ступень освоения околосолнечного космического пространства: непосредственное заселение естественных и искусственно созданных космических объектов с продолжительным пребыванием людей на этих объектах.

Сегодня уже прогнозируются возможные варианты биологической эволюции человека в связи с расселением значительной части популяции вне Земли, разрабатываются возможные модели освоения космоса, оценивается преобразующее влияние космических программ на природу, экономику и общественные отношения. Рассматриваются и решаются также проблемы частичного или полного самообеспечения поселений в космосе с помощью замкнутых биотехнических систем жизнеобеспечения, вопросы создания лунных и планетных баз, космической индустрии и строительства, использования внеземных источников энергии и материалов.

Данная работа имеет своей целью освещение и обобщение проблем жизнеобеспечения экипажей космических кораблей и будущих длительно функционирующих космических сооружений.

Актуальность проекта обусловлена:

1. Необходимостью непрерывного и планомерного использования космического пространства в целях поддержания стратегического военного паритета между ведущими космическими державами в системе общей безопасности.

2. Развитием и внедрением новейших и перспективных технологий в космической отрасли для обеспечения жизнедеятельности человека на космических кораблях и других космических объектах при освоении околосолнечного космического пространства и дальнего космоса.

Предмет исследования: Взгляды, возможности и необходимость развития замкнутых систем жизнеобеспечения космических кораблей и других космических объектов.

Цель исследования:

1. Проанализировать факторы, которые привели к необходимости создания систем жизнеобеспечения космических кораблей и других космических объектов;

2. Исследовать процесс создания систем жизнеобеспечения на космических кораблях, орбитальных станциях и других космических объектах;

3. Показать возможные перспективы развития систем жизнеобеспечения космических кораблей и других космических объектов.

ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ И РАЗЛИЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Кажется, еще совсем недавно был выведен на околоземную космическую орбиту первый искусственный спутник Земли (1957), совершен первый облет и фотографирование обратной стороны Луны (1959), побывал в космосе первый человек (Ю. А. Гагарин, 1961), показан по телевидению захватывающий момент выхода человека в открытый космос (А. А. Леонов, 1965) и продемонстрированы первые шаги космонавтов по поверхности Луны (Н. Армстронг и Э. Олдрин, 1969). Но с каждым годом уходят в прошлое и становятся достоянием истории эти и многие другие выдающиеся события космической эры. Они, по сути, лишь начало воплощения идей, сформулированных великим К. Э. Циолковским, который рассматривал космос не только как астрономическое пространство, но и как среду обитания и жизни человека в будущем. Он полагал, что «если бы жизнь не распространялась по всей Вселенной, если бы она была привязана к планете, то эта жизнь была бы часто несовершенной и подверженной печальному концу» (1928г.).

Начинают сбываться слова К. Э. Циолковского о том, что «человечество не останется вечно на Земле, а в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а потом завоюет все околосолнечное пространство» (1911г.).

Одно из важнейших условий дальнейшего освоения человеком космического пространства – обеспечение жизни и безопасной деятельности людей при продолжительном их пребывании и работе на удаленных от Земли космических станциях, космических кораблях, планетных и лунных базах.

Что же такое системы жизнеобеспечения космического корабля?

1.1. Состав и назначение систем жизнеобеспечения:

Система кислородообеспечения (СКО) должна обеспечивать подачу в атмосферу обитаемого отсека кислорода в количестве 0,9 кг/сут (на одного человека) и поддерживать парциальное давление кислорода в заданном диапазоне значений (18—32 килопаскалей (кПа).

Система очистки атмосферы (СОА) должна обеспечивать сбор и удаление из атмосферы углекислого газа в количестве 1,0 кг/сут, поддерживать его парциальное давление на уровне не более 1 кПа, а также обеспечивать очистку атмосферы от вредных микропримесей, выделяемых человеком и оборудованием.

Эти две системы часто функционально объединяются в одну — систему обеспечения газового состава атмосферы (СОГС).

Система водообеспечения (СВО) должна обеспечивать экипаж питьевой водой в количестве 2,5 кг/(чел.-сут); в случае использования натуральных продуктов питания, содержащих воду (до 0,5 кг/сут), норма питьевой воды уменьшается до 2 кг/(чел.-сут).

Система питания экипажа (СОП) должна обеспечивать космонавта полноценным питанием, с рационом, содержащим белки, жиры и углеводы в массовом соотношении 1:1:4 и с общей калорийностью до 12500 кДж/ (чел.-сут).

Средства регулирования температуры и влажности атмосферы (СРТ) вместе с общей системой терморегулирования (СТР) должны осуществлять: отвод из отсека тепла, выделяемого человеком (~145 Вт/чел.), удаление из атмосферы паров воды, выделяемых человеком (50 г/чел.-ч), а также поддерживать заданную температуру (18-22 град. по Цельсию), относительную влажность (30-70 %) и циркуляцию воздуха (0,1-0,4 м/с).

Средства удаления отходов (СУО) должны обеспечивать сбор и изоляцию из атмосферы жидких (урины) и твердых продуктов жизнедеятельности.

Средства регулирования давления (СРД) должны поддерживать общее давление атмосферы равным 77—107 кПа, осуществлять контроль герметичности отсека и компенсацию утечек воздуха из отсека.

Указанные системы составляют комплекс систем жизнеобеспечения, обеспечивающий непосредственные физиологические нужды человека, находящегося в замкнутом отсеке. Помимо этих систем в состав комплекса систем жизнеобеспечения входят так же следующие средства.

Средства санитарно-бытового обеспечения (ССБО), предназначенные для личной гигиены экипажа (умывание, душ) и удовлетворения бытовых нужд - одежда, спальные принадлежности, предметы для санитарной уборки отсеков.

Средства индивидуальной защиты экипажа (СЗ):

аварийно-спасательные скафандры, дыхательные маски, обеспечивающие защиту экипажа в аварийных ситуациях - при разгерметизации отсека, возникновении пожара и т.п.;

космические скафандры для обеспечения выхода и работы человека в космическом пространстве.

Средства медико-биологического обеспечения, включающие приборы для медицинского контроля состояния экипажа, тренажеры для физической тренировки экипажа в полете, медикаменты.[1]

К. Э. Циолковский был первым, кто предложил создать в космической ракете замкнутую систему кругооборота всех необходимых для жизни экипажа веществ, т. е. замкнутую экосистему. Он считал, что в космическом корабле в миниатюре должны быть воспроизведены все основные процессы превращения веществ, которые осуществляются в биосфере Земли. Однако почти полстолетия это предложение существовало как научно-фантастическая гипотеза.

Система жизнеобеспечения называется замкнутой, если в ней производится регенерация отходов жизнедеятельности человека, сопутствующих ему организмов, а также отходов, возникающих вследствие протекающих в системе физико-химических процессов, прежде всего технологических. Система называется строго замкнутой, или полностью замкнутой, если она работает изолированно от внешнего мира, за исключением энергообмена. Полная замкнутость систем жизнеобеспечения в настоящее время и в обозримом будущем возможна лишь при использовании живых организмов, главным образом растений.

Замкнутые, хотя еще не строго замкнутые системы жизнеобеспечения уже используются: это космические корабли. При создании космических систем жизнеобеспечения соответствующая задача минимизации запасов расходуемых веществ уже практически важна, поскольку надо уменьшить крайне дорогостоящие, сложные и небезопасные поставки с Земли. Атмосфера в космических кораблях, из-за их скромных размеров, может изменять свой состав в несколько дней, тогда как в земной атмосфере такие процессы заняли бы столетия. Поэтому космические системы жизнеобеспечения и создаваемые для их испытания наземные прототипы, искусственные биосферы, в некоторой степени являются "экологическими машинами времени", позволяющими предвидеть возможное экологическое будущее Земли.

Проблема жизнеобеспечения возникла задолго до первого полета человека в космос.

ГЛАВА 2.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

2.1. Системы жизнеобеспечения в герметичных кабинах стратостатов, ракет и первых искусственных спутников земли

Первому полету человека в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов (рис.1), ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).

В стратостатах "СССР-1" (1933 г.) (рис.2) и "Осоавиахим-1" (1934 г.) системы жизнеобеспечения включали запасы криогенного и газообразного кислорода; последний находился в баллонах под давлением 150 атм. Диоксид углерода удалялся с помощью ХПИ - химического поглотителя известкового.[2]

Биологические спутники Земли - автоматические космические аппараты "БИОН" (рис.4) и "ФОТОН" (рис.5) предназначены для исследований влияния факторов космического полета (невесомость, радиация и др.) на организм животных. При этом создаются экстремальные условия полета, при которых эксперименты с участием человека исключены.

Биологический спутник "БИОН" снабжен системами водообеспечения и кормления животных, системой термовлагорегулирования, системой "день-ночь", системой обеспечения газового состава и др.

На «Бионе-М» в рамках различных экспериментов были запущены монгольские песчанки, мыши, рыбы, змеи, улитки, растения и бактерии, общее количество экспериментов достигло трех десятков (рис.6).

Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха).[2]

2.2. Системы жизнеобеспечения космических кораблей типа

"ВОСТОК", "ВОСХОД", "СОЮЗ"

В состав системы жизнеобеспечения на борту кораблей "Восток" (рис. 7) и "Восход" для удаления диоксида углерода и очистки атмосферы входило устройство с использованием надперекиси калия и активированных углей.

В корабле "Союз" (Рис. 8) для этих целей дополнительно применялся гидроксид лития. Обеспечение кислородом основано на использовании надперекиси калия и запасов кислорода и воздуха в баллонах под высоким давлением. Состав атмосферы (смесь азота и кислорода) в этих условиях контролировался с помощью газоанализатора на кислород и диоксид углерода.

Вода находилась в емкостях, изготовленных из двухслойной полиэтиленовой пленки внутри металлического кожуха. Начиная с полетов кораблей "Союз", начали использовать систему запасов воды "Колос" и консервант - растворы электролизного серебра; при этом концентрации серебра в питьевой воде составляли 0,1 - 0,2 мг/л. [2]

2.3. Системы жизнеобеспечения экипажей космических кораблей "МЕРКУРИЙ", "ДЖЕМИНИ", "АПОЛЛОН", "ШАТТЛ",

орбитальной станции "СКАЙЛЭБ"

Системы жизнеобеспечения на американских космических кораблях "Меркурий"(рис.9), "Джемини"(рис.10), "Аполлон"(рис.11) " и "Шаттл"(рис.12) отличались от системы жизнеобеспечения на советских космических аппаратах.

Атмосфера в отличие от советских космических летательных аппаратов состояла из чистого кислорода под давлением, равным 246 мм. рт. ст. В состав системы жизнеобеспечения кораблей "Джемини", "Аполлон" и "Шаттл" входили электрохимические генераторы тока - топливные элементы, в которых из криогенного кислорода и криогенного водорода синтезировалась питьевая вода, как побочный продукт при выработки электроэнергии для системы энергопитания.

Обеззараживание и консервация воды осуществлялись методом хлорирования, в системе жизнеобеспечения кораблей "Аполлон" - гипохлоритом натрия и йодом с концентрацией 10 мг/л. Поскольку вода, выходящая из электрохимических генераторов тока-топливных элементов, содержала водород как в растворенном состоянии, так и в виде пузырьков было предусмотрено устройство для его удаления.

На борту орбитальной станции "Скайлэб" (рис. 13) в отличие от предыдущих космических кораблей США применялась атмосфера, состоящая из 72 % кислорода и 28 % азота (по объему). Азот и кислород хранились в баллонах высокого давления.

Запасы воды (около 3000 кг), консервированной йодом в концентрации 0,5 мг/л, хранились в 10 контейнерах из нержавеющей стали. Проводился бортовой микробиологический контроль над качеством питьевой воды.[2]

2.4. Регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов для экипажей орбитальных космических станций "САЛЮТ", "МИР", "МКС"

Несмотря на повышенную безопасность и надежность, незначительные энергетические потребности при функционировании систем жизнеобеспечения на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, последние имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета системы жизнеобеспечения на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции. В табл. 1 приведены массовые характеристики систем жизнеобеспечения, основанных на запасах расходуемых веществ, применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек.

Основываясь на нормах потребления основных компонентов системы жизнеобеспечения, полученных в результате многолетней практики длительных орбитальных полетов на станциях типа "САЛЮТ" (рис.14), "МИР"(рис. 15) и "МКС"(рис. 16) (кислород - 0,96 кг/чел.сут., питьевая вода - 2,5 кг/чел.сут., пища - 1,75 кг/чел.сут. и т.д.), легко подсчитать, что необходимая масса запасов для экипажа, состоящего из 6 - человек в условиях 500-суточного полета без учета массы тары и систем хранения составило бы величину более 58 тонн (табл.1). [2]

Данные, помещенные в табл.1, свидетельствуют о том, что системы жизнеобеспечения на основе запасов практически исключают реализацию длительных экспедиций. Габаритно-массовые ограничения могут быть преодолены за счет применения регенерационных систем жизнеобеспечения.

Таблица 1.[3]

Масса компонентов системы жизнеобеспечения (кислород, вода и пища) для марсианских экспедиций - 6 членов экипажа, длительность экспедиций - 50, 100 и 500 суток (без учета массы тары, упаковки, средств хранения).

п/п

Наименование компонентов СЖО

Масса на 1 чел/сут, кг

Масса на 6 чел 1 сут,

кг

Масса на 6 чел. 50 сут, кг

Масса на 6 чел. 100 сут, кг

Масса на 6 чел.500 сут, кг

1.

Кислород

0,96

5,76

288,0

576,0

2 880,0

2.

Вода:

16,9

101,4

5 070,0

10 140,0

50 700,0

 

- питьевая

2,5

15,0

750,0

1 500,0

7 500,0

 

- душ, умывание

4,5

27,0

1 350,0

2 700,0

13 500,0

 

- на стирку белья

7,0

42,0

2 100,0

4 200,0

21 000,0

 

- техническая (на смыв АСУ)

0,6

3,6

180,0

360,0

1 800,0

 

- для витаминной оранжереи

0,3

1,8

90,0

180,0

900,0

 

- для мытья посуды

2,0

12,0

600,0

1200,0

6 000,0

3.

Пища

1,75

10,50

525,0

1 050,0

5 250,0

 

Итого:

19,51

117,66

5 883,0

11 766,0

58 830,0

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации, например орбитальной станции "МИР", на борту которого успешно функционировали такие подсистемы системы жизнеобеспечения, как: "СРВ-К" - система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги; "СРВ-У" - система регенерации воды из мочи (урины); "СПК-У" - система приема и консервации мочи (урины); "Электрон" - система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды; "Воздух" - система удаления диоксида углерода; "БМП" - блок удаления вредных микропримесей и др.

Аналогичные регенерационные системы (за исключением "СРВ-У") успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС). Эти системы могут быть положены в основу проектирования и создания системы жизнеобеспечения для экипажей в длительных космических экспедициях.

Достоинством этих систем является реализация возможности снижения стартовой массы по сравнению с системой жизнеобеспечения, основанной на запасах.

Масса регенерационных систем водообеспечения составит величину 2, 4 тонны, в то время как масса системы водообеспечения, основанная на запасах воды, была бы равна более 50 тонн.[2]

В целом современные регенерационные системы жизнеобеспечения орбитальных станций, основанные на физико-химических процессах, обеспечивают нормальные условия пребывания космонавтов и выполнение программ полетов продолжительностью до года (пример - рекордный по длительности 348-суточный полет космонавта В.В. Полякова).

ГЛАВА 3.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И РАЗЛИЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Системы жизнеобеспечения для экипажей обитаемых космических объектов в условиях освоения дальнего космоса будут отличаться от систем жизнеобеспечения орбитальных околоземных объектов. Основные отличия заключаются в отсутствии возможности возобновления расходуемых материалов, узлов, агрегатов, в повышенной радиационной обстановке, требующей проведения поиска новых эффективных методов и средств радиационной защиты, в наличии гипомагнитных условий окружающей среды, в возможности использования местных планетных ресурсов.

Для инопланетных баз и станций кардинальным решением было бы создание замкнутой экологической, биолого-технической системы жизнеобеспечения на основе полного круговорота веществ. Однако в настоящее время для инопланетных космических кораблей энергетические и массогабаритные ограничения не позволяют создавать подобные системы. В этих случаях основные функции системы жизнеобеспечения будут поддерживаться физико-химическими системами с возрастающей ролью биологических систем по мере увеличения энерговооруженности космических летательных аппаратов и продолжительности полетов.

Современные системы жизнеобеспечения после их модернизации могут быть положены в основу создания системы жизнеобеспечения, необходимых для освоения дальнего космоса.

При снятии экзобиологических ограничений перспективна технология минерализации отходов при использовании анаэробных микроорганизмов. Образующиеся газообразные продукты могут быть использованы в двигателях малой тяги для стабилизации и ориентации летательного аппарата. В будущих замкнутых биолого-физико-химических системах жизнеобеспечения должна использоваться трансформация отходов с помощью аэробных микроорганизмов (биофильтров, аэротенков) с целью получения питательных растворов для фотореакторов с водорослями и высших растений в оранжереях.

Большое внимание следует уделить работам в области создания автоматической системы оперативного контроля и управления качеством среды обитания. На борту будущих обитаемых объектов необходимо создать систему анализа по физико-химическим и микробиологическим показателям атмосферы, воды, пищи, интерьера, а также отдельных технологических узлов, агрегатов, звеньев, составляющих общую систему жизнеобеспечения.

Остается малоизученной проблема, связанная с влиянием гипомагнитных условий на организм человека. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что пониженные величины магнитного поля отрицательно действуют на организм высших животных. Поэтому необходимо разработать устройства для создания постоянного искусственного магнитного поля по напряженности и индукции, равными земным.

Повышенные величины магнитного поля также не безразличны для человека.

Следует отметить, что официальных нормативов (ГОСТ) для предельно допустимых уровней постоянного магнитного поля, действующего на человека, пока нет.

Модернизированные и новые физико-химические системы жизнеобеспечения космонавтов, разработанные с учетом медико-биологических и медико-технологических основ их создания и функционирования, должны пройти стадию совместимости и взаимовлияния экипажей и штатных систем жизнеобеспечения в длительных наземных гермокамерных экспериментах с целью изучения закономерностей в системе "человек - машина".

В результате всего вышесказанного можно предположить следующую примерную схему замкнутой экологической системы, которую можно будет использовать в межпланетных космических полетах (рис.17).

В этой системе насос (1) смешивает воду, поступающую из сборника воды (2), с отходами жизнедеятельности космонавтов, находящимися в резервуаре (3). Эта смесь размельчается в мельнице (4). Далее в смесь вводят кислород (5), и она проходит через фильтр из волокон коры красного дерева (6), в котором бактерии и простейшие микроорганизмы усваивают часть содержащихся в ней питательных веществ. Температура смеси регулируется теплообменником (7). Далее смесь поступает в аквариум с рыбками (8), поедающими вредные в данной экологической системе микроорганизмы. Проходя через мембранный диффузор (9), смесь очищается от токсичных примесей и СО2 и отделяется от водяных паров. Основная часть воды возвращается в описанный цикл (к насосу); меньшая часть, содержащая неорганические питательные вещества с высокой концентрацией, периодически поступает в оранжерею (10). Водяной пар, очищенный диффузором от бактерий и вирусов, проходят через конденсер (на рисунке не показан) и превращаются в воду, пригодную для питья. Растения в оранжерее усваивают углекислый газ и выделяют кислород, который возвращается в кабину. Рыбы и овощи идут в пищу космонавтам.

В числе задач космической деятельности на первые десятилетия XXI века наиболее важной представляется разработка технических средств и реализация пилотируемых экспедиций на Луну с последующим созданием долговременных аванпостов (рис 18).

Реализация экспедиций такого уровня потребует качественно более высокого, но вполне достижимого технического уровня, явится мобилизующим и стимулирующим фактором развития всех компонентов космической техники, включая средства выведения, двигательные и энергетические установки, системы жизнеобеспечения, связи и навигации в дальнем космосе, средства радиационной и тепловой защиты.

Так как в условиях современного мира ключевую роль в освоении космического пространства будут играть частные компании в сотрудничестве с государственными космическими агентствами, то для того чтобы частным компаниям это было интересно нужно выполнить условие большой коммерческой прибыли от таких экспедиций, возможным решением этого условия может стать промышленное освоение астероидов.

Промышленное освоение астероидов предполагает добычу сырья на астероидах и космических телах в поясе астероидов и особенно в околоземном пространстве. Различные минералы и летучие элементы, находящиеся в составе пород астероида или кометы, могут служить источником железа, никеля и титана. Кроме того, предполагается, что некоторые астероиды содержат в своём составе водосодержащие минералы, из которых можно получить воду и кислород, необходимые для поддержания жизни, а также водород — один из основных видов ракетного топлива. В процессе дальнейшего освоения космоса использование космических ресурсов будет просто необходимо. При достаточном уровне развития техники добыча на астероиде таких элементов, как платина, кобальт и других редких минералов с последующей их доставкой на Землю может приносить очень большую прибыль. В ценах 1997 года сравнительно небольшой металлический астероид диаметром в 1,5 км. содержал в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму 20 триллионов долларов США. Фактически, всё золото, кобальт, железо, марганец, молибден, никель, осмий, палладий, платина, родий и рутений, которые сейчас добываются из верхних слоёв Земли, зачастую являются остатками астероидов, упавших на Землю во время ранней метеоритной бомбардировки, когда после остывания коры на планету обрушилось огромное количество астероидного материала. Из-за большой массы более 4 млрд. лет назад на Земле начала происходить дифференциация недр, в результате чего большинство тяжёлых элементов под действием гравитации опустилось к ядру планеты, поэтому кора оказалась обеднённой тяжёлыми элементами, а на большинстве астероидов из-за незначительной массы никогда не происходила дифференциация недр и все химические элементы распределены в них более равномерно.

В 2004 году мировое производство железной руды превысило 1 млрд. тонн. Для сравнения, один небольшой астероид класса «M» диаметром в 1 км. может содержать до 2 млрд. тонн железо-никелевой руды, что в 2-3 раза превышает добычу руды за 2004 год. Самый крупный известный металлический астероид «Психея» содержит 1,7·1019 кг. железо-никелевой руды (что в 100 тысяч раз превышает запасы этой руды в земной коре). Этого количества хватило бы для обеспечения потребностей населения земного шара в течение нескольких миллионов лет, даже с учётом дальнейшего увеличения спроса. Небольшая часть извлечённого материала может также содержать драгоценные металлы. Но каким бы не было оборудование на астероиде, а возможно и на планете, спутнике при добыче должен присутствовать человек.

Чтобы обеспечить долгосрочное нахождение человека в космическом пространстве, его доставку к месту нужны ресурсы, много ресурсов или большая скорость. Скорость корабля это достаточно сложная задача, а вот сделать станцию или космический корабль почти замкнутым вполне возможно. Один из выходов - это погрузить космонавта в состояние анабиоза в котором человек не особо нуждался бы в ресурсах, а второй – создать на корабле модуль с искусственной гравитацией и выращивать там культуры способные дать космонавту достаточно пищи и кислорода.

Анабиоз – состояние живого организма, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Работы по анабиозу человека пока находятся в начальной стадии теоретических разработок и опытов над животными. Но первые успехи по погружению в анабиоз теплокровных животных, в частности мышей, позволяют предположить, что принципиальных препятствий для осуществления анабиоза человека не существует.

Растительную оранжерею с искусственной гравитацией на корабле возможно создать в отдельном модуле. Этот модуль будет создан в виде центрифуги и за счет вращения там будет создаваться искусственная гравитация подобие стэнфордского тора или чертежей Нордрунга (рис 19, 20, 21). В этом модуле возможно выращивать культуры способные давать пищу и кислород. Вращающий механизм создаст достаточное электромагнитное поле, совсем недавно на МКС космонавты впервые добавили в свой рацион салат выращенный в условиях микрогравитации. Также на этом модуле может быть аппарат с водорослями, которые также производят кислород.

Главный стимул осуществления таких экспедиций, которые, конечно, должны быть международными, — даже не решение конкретных научных задач, качественно расширяющих познание об окружающем мире, а развитие высоких технологий, демонстрация возможностей земной цивилизации и консолидация усилий человечества в направлении мирного освоения и использования космического пространства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Созданные регенерационные системы жизнеобеспечения, успешно работавшие на Российских космических станциях "Салют", "Мир" и в настоящее время на МКС, обеспечивают длительное пребывание космонавтов на станции и значительный технико-экономический эффект.  

2. Проведенный анализ, использующий достигнутый опыт, подтверждает техническую возможность создания комплекса систем жизнеобеспечения, основанного на регенерации воды и атмосферы, для орбитальных космических станций и кораблей.  

3. Для решения этой задачи необходимо повысить степень замкнутости комплекса системы жизнеобеспечения за счёт повышения коэффициентов извлечения воды и введения в состав системы жизнеобеспечения систем регенерации воды из урины, концентрирования и переработки углекислого газа.  

На втором этапе совершенствования комплекса системы жизнеобеспечения необходимо повысить его комфортность и ввести санитарно-гигиеническое оборудование, витаминную оранжерею и соответствующие системы регенерации воды.

4. Создание комплексов систем жизнеобеспечения для перспективных миссий требует разработки усовершенствованной аппаратуры, систем и технологий, позволяющих увеличить надёжность регенерации и значительно снизить расход массы на получение целевых продуктов. Необходимо также разработать и внедрить резервные системы, обеспечивающие функциональное дублирование основных систем в нештатных ситуациях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСОВ

1. Ю.И. Гришин «Искусственные космические экосистемы», Издательство «Знание» Москва 1989.

2. Ю.Е. СИНЯК «Системы жизнеобеспечения обитаемых космических объектов», 2008.

3. В. Наганов «Космические проекты развития», 2012.

4. Материалы XI конференции по космической биологии и авиакосмической медицине, 1998.

5. Р. Г. Хлебопрос, В. А. Охонин, А. И. Фет. Катастрофы в природе и обществе. 2 часть, http://modernproblems.org.ru/sience/141-catast2.html?start=3

6. Системы жизнеобеспечения космонавтов во время будущих космических полетов, http://astronaut.ru/bookcase/books/sharp01/text/50.htm?reload_coolmenus

7. Сборник докладов по первым результатам проекта "Марс-500", http://imbp-mars500.livejournal.com/43887.html

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рис 1. Огюст Пикар в гондоле

Рис. 2. Стратостат «СССР-1» cтратостата FNRS-1

Рис.4.«Бион-М№1»

Рис. 5. «Фотон-М4 »

Рис. 6. Биологический спутник «Бион»

Рис. 7. Космический корабль «Восток»

Рис. 8. Космический корабль «Союз»

Рис. 9. Космический корабль «Меркурий»

Рис. 10. Космический корабль «Джемини»

Рис. 11. Космические корабли Аполлон и Союз.

Рис. 12. Космический корабль «Шаттл»

Рис. 13. Американская орбитальная станция "Скайлэб" NASA

Рис. 14. Орбитальная космическая

Рис. 15. Орбитальная космическая станция «Солют-4» станция «Мир»

Рис. 16. Орбитальная космическая станция МКС

Рис. 17. Схема замкнутой экологической системы.

Рис. 18. Проект космической станции на Луне

Рис.19. Вид возможного корабля с модулями искусственной гравитации

Рис.20. Чертежи Нордрунга

Просмотров работы: 2776