生命保障系統

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生命保障系統載人航天中使用的,為使人能夠在外太空生存的一系列設備的總稱。美國太空總署的載人航天飛行中也常稱之為環境控制與生命保障系統(ECLSS)。[1]生命保障系統可以提供生存所需的空氣、水和食物,並可以維持合適的身體溫度與壓力,同時可以收集或處理代謝中產生的廢物。生命保障系統也必須能夠屏蔽來自外部的有害影響,例如:射線和微星體。生命保障系統中的所有組件都是關乎生命,所以都是基於安全工程學進行設計。

生命保障功能[編輯]

人的生理與代謝需求[編輯]

一個正常體形的乘員每天需要消耗總重約5公斤的氧氣食物,才可以完成標準太空飛行任務一天所需工作;與此同時,他也會排泄出多種代謝終產物。大致消耗拆分如下:0.84公斤的氧氣、0.62公斤的食物和3.52公斤的水;並經過身體處理轉化成0.11公斤固體排泄物、3.87公斤液體排泄物和1.00公斤二氧化碳。雖根據每天活動內容不同,上述指標也不盡相同,但都將按照消耗品儲備狀況進行安排。一般來說,一次太空飛行中所需水量為額定值的兩倍以考慮非生理用水(比如個人清潔)。而且根據任務持續時間的不同,產生廢物的數量和種類也有不同,如果任務時間超過一周,一般會包含毛髮、指甲、皮膚碎屑和其他生理廢物。儘管不像代謝參數變化對人產生反應那樣迅速,太空中的其他環境因素,比如輻射、重力、噪音、震動和照明,也都會影響人的生理反應。

空氣[編輯]

生命保障系統所提供的環境空氣主要包含:氧氣、氮氣、水、二氧化碳和其他微量氣體,各組份氣體氣壓的代數和為空氣氣壓值,這個值一般為101.3千帕,即海平面標準大氣壓。但如果相應增加氧氣的組份氣壓值,空氣氣壓值也可進行顯著降低(比如在艙外活動時降低25~26千帕),較低的空氣氣壓可以簡化飛船的結構設計,並減少氣氛損失。一般降低空氣氣壓有兩種方法:一種是保持氧氣比率不變減少空氣氣壓;另一種是允許氧氣濃縮並減少空氣氣壓。

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水的用途是用於乘員飲用、清潔、艙外活動時溫控和其他緊急使用。因為水在太空探索中是不可原位取得的資源,所以必須對水進行高效的儲存、使用和回收(包含廢水)。

食物[編輯]

生命保障系統通常包括了室內植物培育系統,即可以在室內與容器中栽培食物。通常此系統的設計目的是重複利用所有可重複利用的營養物質。這個系統的現實例子有:降解廁所,使用降解廁所可以降解廢物(排泄物)並將其中可利用的營養物質通過食物作物的處理,製造食物並再次利用。之後按上述過程一直循環以最大限度節約物資。

微生物的檢測與控制[編輯]

美國太空總署的LOCAD(晶片實驗室應用開發)計劃現在正在開發在長時間太空飛行中使用的細菌和真菌檢測系統[2]

飛船上的生命保障系統[編輯]

穿梭機上的生命保障系統[編輯]

美國太空總署在穿梭機上使用了環境控制與生命保障系統,以同時提供對乘員的生命保障和對載荷物的環境控制。穿梭機參考手冊給出了以下帶有環境控制與生命保障系統的部分:乘員艙加壓、客艙空氣再生、水冷循環系統、主動溫控系統、上下水系統、廢物收集系統、廢水罐、氣閘、艙外行動單元、乘員高空防護系統、同位素熱發電機冷卻系統和氣態氮載荷清潔系統[3]

聯盟號飛船上的生命保障系統[編輯]

聯盟號上使用的生命保障系統叫做Комплекс Средств Обеспечения Жизнедеятельности(KSOZh)。

空間站上的生命保障系統[編輯]

國際太空站上的生命保障系統[編輯]

1996年的5月,美國太空總署發佈了技術備忘錄108508《國際太空站環境控制與生命保障系統技術任務協議匯總報告》。[4]這份報告描述了國際太空站使用的開發水回收系統與空氣新生系統所做的工作。下圖為國際太空站上的生命保障系統的主要功能。

International Space Station Life Support System
International Space Station Life Support System

艙外活動用的生命保障系統背包[編輯]

現在主要使用的兩種宇航服(美國的EMU和俄羅斯的海鷹宇航服)都包含了基本生命保障系統(PLSS)背包,該系統能使用戶進行獨立的不系帶艙外工作。

參考[編輯]

  1. ^ Breathing Easy on the Space Station. NASA. [2009-07-21]. (原始內容存檔於2008-09-21). 
  2. ^ Preventing "Sick" Spaceships. NASA. [2009-07-22]. (原始內容存檔於2012-07-20). 
  3. ^ HSF - The Shuttle: Environmental Control and Life Support System. NASA. [2009-07-22]. (原始內容存檔於2011-06-05). 
  4. ^ International Space Station ECLSS Technical Task Agreement Summary Report (PDF). NASA. [2009-07-22]. (原始內容存檔 (PDF)於2011-08-12).