Как костюмы EVA управляют выделением воды?

Шаттл (и МКС) EMU (Extravehicular Mobility Unit) имеет конденсационный теплообменник как часть вентиляционного контура. Конденсат хранится, используется для охлаждения, а излишки сливаются после каждого выхода в открытый космос.

Ссылка: Руководство по эксплуатации экипажа шаттла: https://www.nasa.gov/centers/johnson/pdf/390651main_shuttle_crew_operations_manual.pdf стр. 2.11-7

Вода, образующаяся в результате потоотделения и дыхания, удаляется из источника кислорода путем конденсации в сублиматоре и переносится по контуру конденсата. Затем вода направляется в резервуары для хранения воды контура питательной воды и добавляется к их подаче для возможного использования в сублиматоре. Таким образом, PLSS может поддерживать охлаждение скафандра в течение более длительного периода времени, чем это было бы возможно при использовании только исходной подачи воды в бак.

Из Подходит для выхода в открытый космос https://www.nasa.gov/pdf/143159main_Suited_for_Spacewalking.pdf

PLSS = Портативная система жизнеобеспечения

Я уверен, что для разных скафандров существуют разные техники, но вот пример того, как это делается для скафандров МКС:

Ключом к обращению с теплом и потом тела является одежда с жидкостной вентиляцией или LVC. По сути, это то, что выглядит как термобелье для всего тела, но оно имеет подкладку из трубок, через которые проходит вода. Если вы нагреваетесь, холодная вода проходит по трубкам, охлаждая вас. Идея состоит в том, чтобы держать вас достаточно прохладно, чтобы вы не сильно потели.

После того, как вода нагрета, она проходит через теплообменник, чтобы снова охладиться, а затем рециркулирует. При необходимости воду можно направить в сублиматор, где она проходит через маленькие отверстия в космический вакуум, где сублимируется, унося с собой тепло.

Если человек все еще потеет, LVC имеет впитывающий слой, который будет поглощать пот, и с помощью какого-то механизма пот собирается и добавляется обратно в систему подачи охлаждающей воды. Проблема здесь в том, что по мере того, как вы работаете усерднее, температура воды в охлаждающих трубках должна быть ниже, чтобы передать достаточно тепла, из-за чего может показаться, что вода холодная. Добавьте к этому влажное нижнее белье, и астронавты могут чувствовать себя очень некомфортно в этой системе. Кроме того, вы теряете много воды в космосе через сублиматор - может быть, килограмм воды за четырехчасовой выход в открытый космос. Это не только дорого, но и ограничивает время выхода в открытый космос.

Для следующего поколения костюмов разрабатывается новый LVC, в который будут вшиты пористые микротрубочки, способные фактически поглощать пот и транспортировать его обратно в систему охлаждения для повторного использования. Это позволит астронавтам использовать потоотделение в качестве естественного контроля тепла.

В будущем костюмы с механическим противодавлением, в которых не нужно создавать давление, будут иметь полупроницаемые материалы, которые позволяют поту проходить и сублимировать по всей поверхности костюма, что обеспечит более пассивное охлаждение и более естественное ощущение. среда.

Ссылка на статью о новом поколении одежды LVC, которая рассматривается:

Многофункциональная охлаждающая одежда для контроля окружающей среды скафандра

И статья 1969 года, описывающая старую систему охлаждения:

Регулирование теплового потоотделения в скафандрах ВКД

У нас есть ответ для «Шаттла» и ответ для МКС. Вот ответ для Аполлона.

1. Основная стратегия заключалась в том, чтобы в первую очередь предотвратить потоотделение. Астронавты носили одежду с жидкостным охлаждением и вентиляцией (LCVG), которая представляла собой длинное нижнее белье с закрытыми трубками, по которым циркулировала охлаждающая вода. Тепло отводилось через сублиматор на рюкзаке костюма. Этого было достаточно, чтобы поддерживать температуру достаточно низкой, чтобы предотвратить потоотделение:

   Большая ощутимая пропускная способность воды позволяет 1,8 кг/мин (4 фунта/мин) выдерживать максимальную расчетную нагрузку 586 Вт (2000 БТЕ/ч) при повышении температуры всего на 4,6 К (8,3° F). Температуру кожи члена экипажа можно поддерживать достаточно низкой, чтобы предотвратить потоотделение.

   Отчет об опыте Аполлона: разработка модуля внекорабельной мобильности , с. 47

   У системы было достаточно мощности, чтобы отвести тепло от умеренных упражнений:

   Эта система состояла из пластиковых охлаждающих трубок на внутренней стороне нижнего белья. Одежда может подавлять потоотделение при рабочих скоростях до 1670 x 10.$^3$Дж/ч ($\approx$400 ккал/ч) и позволяла работать в устойчивом режиме при скоростях до 2090 x 10$^3$Дж/ч ($\approx$500 ккал/час).

   Биомедицинские результаты Аполлона , с. 116

2. Если астронавт выделяет пот, следующим шагом будет удаление влаги с поверхности кожи. Это позволяет воде из пота испаряться в воздух костюма. Испарение поглощает тепло — вот почему люди потеют! -- дальнейшее охлаждение космонавта.

   LCVG, одежда для постоянного ношения (по сути, хлопковый брючный костюм, надетый поверх LCVG), удобные перчатки и носки были разработаны для отвода пота. Поскольку LCVG не распространялся на руки, те астронавты, которые предпочитали не носить комфортные перчатки, часто жаловались на потливость рук.

3. Влага испарившегося пота уносилась потоком воздуха скафандра. Выдуваемый воздух обрабатывался «рюкзаком» ПЛСС, где конденсировалась и накапливалась влага:

   Кислород из контура поступает в распределительную систему вентиляции костюма с минимальным расходом 0,156 м.$^3$/мин (5,5 кубических футов в минуту) и поглощает тепло, влагу и загрязняющие вещества побочных продуктов метаболизма, проходя через костюм, прилегающий к телу члена экипажа. Теплый влажный загрязненный газ затем возвращается в PLSS, где он транспортируется к блоку контроля загрязнения, который состоит из слоя активированного угля, поглощающего следовые количества загрязняющих газов, и слоя LiOH, реагирующего с CO.$_2$с образованием карбоната лития. Побочные продукты этой химической реакции, тепло и влага, добавляются к теплу и влаге, уже переносимым рециркулирующим газовым потоком. Затем газовый поток поступает в теплообменник (сублиматор), где отдается тепло, а избыточная влага в потоке конденсируется . При выходе из теплообменника унесенная свободная вода удаляется из газового потока с помощью коленчатого водоотделителя фитильного типа и направляется в заднюю часть камеры резервуара питательной воды.

   Отчет об опыте Аполлона: разработка модуля внекорабельной мобильности , с. 36

   Охлаждение воздушным потоком восходит к самолетам, Mercury и Gemini. Apollo была первой программой, использовавшей LCVG:

   Традиционно персонал в самолетах охлаждался газовыми вентиляционными системами, которые переносят тепло от генерирующего источника к отводящему устройству за счет повышения температуры вентиляционного газа (разумные средства) или за счет увеличения абсолютной влажности вентиляционного газа. вызванные испарением имеющейся влаги (латентные средства). Этот подход использовался на автомобилях Mercury , Gemini , Apollo CM [в кабине] и Apollo LM [в кабине] и считался подходящим для оригинального PLSS.

   Отчет об опыте Аполлона: разработка модуля внекорабельной мобильности , с. 45

Костюмы также были протестированы на потенциальное воздействие пота. Их помещали в термовакуумную камеру на срок до 115 часов при повышенной температуре и 95°С.$\pm$влажность 5%. Отдельный тест «соляной туман» проводился в течение 48 часов. Ни в одном тесте не наблюдалось деградации.