Почему скафандр EMU находится под давлением до 4,3 фунтов на квадратный дюйм?

Википедия утверждает, что скафандры, в которых используется чистый кислород, находятся под давлением до 4,7 фунтов на квадратный дюйм вместо 3,0 фунтов на квадратный дюйм, чтобы учесть давление углекислого газа и водяного пара в соответствии с уравнением альвеолярного газа (хотя и отмечается, что в расчете есть небольшая чрезмерная коррекция).

Согласно многим источникам, NASA EMU находится под давлением до 4,3 фунта на квадратный дюйм. Обоснование для этого такое же: дать астронавту такое же количество кислорода, как и для обычного воздуха в соответствии с уравнением альвеолярного газа.

Что касается других, скафандры A7L Skylab находились под давлением до 3,7 фунтов на квадратный дюйм. Российские скафандры «Орлан» находятся под давлением до 5,8 фунтов на квадратный дюйм.

Однако ни одно из этих значений не подходит, если рассматривать уравнение альвеолярного газа. Если дышать чистым кислородом, уравнение альвеолярного газа становится простым:

п А О 2 знак равно п а т м − п ЧАС 2 О − п а СО 2

куда п ЧАС 2 О составляет 6,28 кПа при 37 °C и п а СО 2 обычно составляет 40 мм рт. Учитывая, что 104 мм рт.ст. считается нормальным для п А О 2 , это достигается при давлении 3,7 фунта на квадратный дюйм для чистого кислорода.

Так почему именно 4,3 фунта на квадратный дюйм? Есть ли преимущества в слегка гипероксической среде? Это сделано для того, чтобы обеспечить медленные утечки или частичную разгерметизацию без гипоксии астронавта?

Я, очевидно, буду очень рад получить поправки, если я ошибся в своих расчетах или здесь есть какие-то физиологические явления, которых я не понимаю. Я хотел бы получить правильный ответ от кого-то, кто действительно знает настоящую причину, но воздерживаюсь от этого, я был бы благодарен за любые обоснованные аргументы относительно того, почему это может быть так.

Ответы (2)

Вот что говорят об этом Кеннет С. Томас и Гарольд Дж. МакМанн в «Американских скафандрах»:

Рабочее давление:

Устройство для внекорабельной мобильности (EMU) шаттла имеет рабочее давление 4,3 фунта на квадратный дюйм (30 кПа), а костюмы для эвакуации / запуска / входа экипажа шаттла работают при максимальном давлении 3,5 фунта на квадратный дюйм (24 кПа). Для сравнения, все российские скафандры работают при давлении 5,8 фунтов на квадратный дюйм (40 кПа), чтобы свести к минимуму или избежать декомпрессионной болезни или других рисков.

Декомпрессия:

Исследования в США показали, что люди могут быстро сбросить давление с 14,7 фунтов на квадратный дюйм (1 атм) до 8 фунтов на квадратный дюйм (55 кПа) с минимальным риском. В аналогичных российских исследованиях риск декомпрессионной болезни рассматривался несколько иначе. Из 14,7 фунтов на квадратный дюйм давление российского костюма в 5,8 фунтов на квадратный дюйм (40 кПа) считается достаточным, чтобы избежать декомпрессионной болезни после получаса дыхания чистым кислородом, что примерно соответствует времени, которое требуется для проверки костюма перед выходом на улицу. внекорабельная деятельность. В результате все российские скафандры имеют рабочее давление 5,8 фунтов на квадратный дюйм.

Таким образом, помимо конкретной работы, для которой предназначен костюм, кажется, что исследования декомпрессии в значительной степени определили эти рабочие давления.

Некоторые другие переменные будут зависеть от маневренности, комфорта, усталости и стоимости. Пока переменные находятся в безопасных пределах, есть возможность двигаться с учетом других факторов.

Более ранние скафандры имели более низкое давление, как описано ниже:

Людям необходимо, чтобы параметры окружающей среды находились в заданных пределах для комфорта и эффективного выполнения работы. Одним из важных параметров является концентрация кислорода. В атмосфере на уровне моря 14,7 фунтов на квадратный дюйм парциальное давление кислорода составляет 3,08 фунтов на квадратный дюйм. Это приводит к парциальному давлению кислорода в альвеолах легких 2,0 фунтов на квадратный дюйм. НАСА выбрало это как нижний предел альвеолярного давления для номинальных полетов человека в космос. Чтобы максимизировать подвижность суставов скафандра и свести к минимуму утечки и нагрузки на скафандр, скафандры предназначены для работы при самом низком давлении, соответствующем другим требованиям. Следовательно, все системы скафандров обеспечивают атмосферу для дыхания, состоящую из 100% кислорода (без учета небольшого количества углекислого газа и водяного пара). Однако, поскольку эффективность дыхания снижается при снижении давления,

Было проведено соревнование между системами, и в феврале 1990 года было принято решение использовать 4,3 фунта на квадратный дюйм. Основные причины заключались в том, чтобы иметь возможность поддерживать как внекорабельную деятельность (EVA), так и обеспечивать более эффективный выход экипажа и выживание в аварийных ситуациях внутри корабля.

Благодарю вас! Отличный ресурс! Найдено Google: «Решение заключалось в снижении давления в кабине с нормального 14,7 фунтов на квадратный дюйм (1 атм) до 10,2 фунтов на квадратный дюйм (70,4 кПа) за 24 часа до выхода в открытый космос и увеличении рабочего давления электропоезда до 4,3 фунтов на квадратный дюйм (30 кПа). Давление в электропоезде пришлось поднять на эту небольшую величину, чтобы обеспечить приемлемо низкий риск ДКБ. что для дыхания было доступно не менее 3,08 фунтов на квадратный дюйм (21,2 кПа) кислорода.
Вышеприведенный абзац, кажется, прямо дает ответ, почему именно 4,3 фунта на квадратный дюйм (риск воспламенения в кабине + риск DCS в костюме), а это именно то, что я искал. Ответ также подтверждает мою математику, так что я очень счастлив.
Спасибо, что нашли нужный абзац. Я думал, что это было там, но не мог его найти и не хотел что-то вставлять в ответ, не будучи уверенным. Рад, что это помогло.

По-видимому, это потому, что человек в скафандре не позволяет атмосфере быть чистым O 2 . Правила полетов космических челноков (Правило A13-53) гласят:

ОДНОГАЗОВАЯ СРЕДА (EMU) - ЕСЛИ ДАВЛЕНИЕ В КОСТЮМЕ ПАДАЕТ НИЖЕ 3,15 (3,3) PSI, ЧЛЕН ЭКИПАЖА ПРЕКРАЩАЕТ ЭВА. ®[050400-7197A]

При 92 процентах O 2 давление 3,15 (3,3) фунтов на квадратный дюйм соответствует барометрической высоте 8000 футов, и применяется обоснование параграфа A.1. Выдыхаемый членом экипажа азот разбавляет кислородную атмосферу в скафандре до 92 процентов.

Нарушая код здесь, он говорит, что реальный предел составляет 3,15, с ошибкой приборов это 3,3, и законсервированный член экипажа выдыхает достаточно N 2 , чтобы разбавить атмосферу скафандра на 8%.

Это не говорит конкретно, но если 3,3 является рабочим пределом, 4,3 звучит как хороший запас в 1 фунт на квадратный дюйм сверх этого.

Я предполагаю, что 92% О 2 было бы токсично, если бы давление внутри скафандра было 1 атм (~ 15 фунтов на квадратный дюйм), верно?
Я думаю так. В связанном документе есть абзац, на несколько страниц впереди блока текста, который я цитировал, в котором говорится о токсичности O2 при более высоких давлениях, но, поскольку он относился к атмосфере кабины шаттла, а не к электропоезду, я не стал действительно прочитал это. Посмотрите, если хотите, в правилах полета, на которые я ссылаюсь.
На самом деле это было в следующем правиле, извините, A13-54: Вдыхание 100-процентного кислорода при давлении на уровне моря приведет к физиологическим изменениям из-за кислородной токсичности минимум через 6 часов. Поскольку кислородная токсичность пропорциональна парциальному давлению кислорода, а не процентному содержанию газа, более длительное воздействие 100-процентного кислорода допустимо при более низком давлении. При 100-процентном кислороде на уровне моря физиологические изменения начинаются с легкого (от 2 до 5 процентов) бессимптомного снижения жизненной емкости легких (наибольшего объема воздуха, который можно произвольно выдохнуть), начиная с полностью надутых легких.
Хорошая мысль о выдыхаемом азоте - это произойдет при переходе из среды с двумя газами. Сначала я подумал, что выдыхаемый азот никоим образом не уменьшит парциальное давление кислорода, но потом понял, что регулятор в электропоезде подает кислород, если общее давление < 4,3 фунта на квадратный дюйм, вместо того, чтобы подавать кислород, если парциальное давление кислорода < 4,3 фунта на квадратный дюйм, и этот азот никуда не денется, кроме как через утечку. Тем не менее, я не на 100% убежден в объяснении «хорошего запаса в 1 фунт на квадратный дюйм».
Это, как и многие правила полетов, может быть чрезвычайно консервативным, поскольку большинству выходов в открытый космос предшествует длительный «предварительный вдох» на чистом O2, предназначенный для удаления N2 из тел членов экипажа. В этом номинальном случае я бы не ожидал, что будет выдыхаться много N2, но правило, по-видимому, написано для случая экстренного выхода в открытый космос, когда длительный предварительный вдох был невозможен.
На самом деле да, я только что проверил то же самое из справочников ISS. Это долгий лагерь при 10,7 фунтов на квадратный дюйм, много дыхания чистым кислородом и, наконец, 15-минутная последовательность продувки азотом EMU, когда костюм вентилируется и питается чистым кислородом. Учитывая, что человеческое тело содержит около 1 литра растворенного кислорода, после всего этого в кровотоке не может остаться много азота, чтобы изменить атмосферу скафандра - уж точно не 8% в обычном случае.
Люди также производят, э-э, случайные выбросы метана, которые, возможно, придется компенсировать, но, возможно, не будут особо оглашаться. Я не знаю, может ли какой-нибудь крем для рук, медицинский бинт или что-то еще иметь достаточное выделение газов, чтобы иметь значение.
Почему скафандр EMU находится под давлением до 4,3 фунтов на квадратный дюйм?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v