ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ в
космическом полёте, системы жизнеобеспечения (СЖО), комплекс мероприятий,
направленных на обеспечение жизнедеятельности экипажа космич. корабля на
протяжении полёта. Верхние слои атмосферы Земли и тем более космич. пространство,
условия на поверхности планет Солнечной системы непригодны для жизни высокоорганизованных
существ, включая человека. Поэтому жизнь и деятельность человека в космич.
пространстве может быть обеспечена созданием в космич. кораблях, на искусств.
спутниках Земли или планетных станциях искусств. среды обитания, близкой
к оптимальной области диапазона жизни на Земле, в её биосфере. Это
относится как к возд. среде - искусств. атмосфере корабля, так и к тем
элементам среды, в широком смысле слова, к-рые 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 отд. стороны жизнедеятельности (обмена
веществ) организма: питание, водный обмен, газообмен, теплообмен (терморегулирование),
отправление естеств. надобностей и т. д. Такова типовая структура СЖО в
наиболее часто употребляемом узком значении этого термина. СЖО могут быть
коллективными (СЖО космич. кораблей и планетных станций) и индивидуальными,
напр. автономные СЖО, применяемые вместе со скафандрами.

В более широком смысле к
сфере СЖО иногда относят все остальные устройства и предметы, служащие
для обеспечения гигиенич., бытовых, культурных и эстетич. 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
космич. кораблей и спутников.

Принципиальная возможность
регенерации всех необходимых для жизнедеятельности человека веществ осн.
на том, что организм выделяет в составе продуктов жизнедеятельности все
те химич. элементы, к-рые 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 химосинтезу автотрофных
организмов. Ведутся также поисковые исследования по искусств. синтезу пищевых
углеводов из углекислого газа и воды.

При расчётах СЖО исходят
из потребности человека в пище, воде и кислороде, а также из кол-ва 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, кол-во к-рой при нерегенеративных
системах и кратковременных полётах ок. 100 г/чел-сут; при длительных
полётах это кол-во увеличивается до 2-2,5 кг/чел-сут. Вода составляет
(в зависимости от кол-ва 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.

Разнообразием принципиальных
подходов и решений отличается система обеспечения кислородом (табл. 2).
Приведённые в таблице методы регенерации кислорода являются лишь наиболее
разработанными и не исчерпывают возможных технологич. принципов регенерации.
Методика и аппаратура для регенерации кислорода электролизом воды позволяет
обеспечить газообмен человека с помощью установки, к-рая весит ок.
30 кг, при электрич. мощности ок. 10 вт на 1 л кислорода.
Биол. регенерация кислорода может быть осуществлена фотосинтезирующими
одноклеточными водорослями, из к-рых 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 ок. 50 г/чел-сут. Такая
система одновременно обеспечивает и поглощение выделяемого человеком углекислого
газа.

В более сложных вариантах
фотосинтетич. регенеративной системы расход минеральных солей может быть
в неск. 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-хим. процессах. Помимо компенсации
убыли кислорода, для поддержания состава атмосферы корабля необходимо также
удалять избыток углекислого газа и водяных паров. Двуокись углерода может
быть удалена физ. методами (вымораживание, конденсация) и применением щелочных
хим. 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 ок. 40 кг.

Избыток водяных паров из
воздуха может удаляться с помощью перегенерируемых хим. поглотителей, регенерируемых
сорбентов (цеолиты), а также физ. методами - вымораживанием и конденсацией.
В существующих космим. кораблях часть водяных паров конденсируется на холодных
поверхностях жидкостно-возд. теплообменников, входящих в систему терморегулирования
обитаемых кабин.

Частные СЖО - регенерации
кислорода, удаления углекислого газа и волы - 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 отд. независимыми устройствами. Так,
в частности, была решена СЖО атмосферы в амер. кораблях "Меркурий", "Джемини"
и "Аполлон", основанная па запасах кислорода, нерегенерируемых поглотителей
углекислого газа и водяных паров. Хим. системы обеспечивают сопряжённость
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 кол-вами
поглощаемой воды и углекислого газа (рис.).

Система водообеспечсния основывается
па запасах воды. В космич. корабле "Аполлон" питьевая вода вырабатывалась
также из запасов кислорода и водорода, "сжигавшегося"
в электрохимич. генераторах (топливных элементах) для получения электроэнергии.
Разработаны различные физико-хим. методы регенерации воды из конденсата
мочи п атм. влаги. Конденсат атм. парой достаточно эффективно очищается
от неизбежных органич. примесей каталитич. окислением, а также с помощью
ионообменных смол и углей. В наиболее разработанных методах регенерации
поды из мочи используются режимы испарения при различных давлении и темп-ре,
с последующим каталитич. 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 космич. корабле состоят из продуктов и готовых
блюд, консервированных в их естеств. 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
па замкнутом биол. круговороте огранич. кол-ва 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-энергетич. отношений между элементами системы возникает
новое качество - целостная система высшего порядка, обладающая свойствами
закрытой термодинамич. 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 экологич. системам, включающим человека. Лит.:
Проблемы
космической биологии, т. 5 - 7, Л.- М., 1967: Космическая биология и медицина.
М., 1966. О. Г. Газенко.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я