Баллон с воздухом космос

Такой газовой смесью привыкли дышать человек и почти все живое на Земле. Но возможности человеческого организма более широки. Из общего атмосферного давления на уровне моря на долю кислороде приходится примерно 160 миллиметров. Человек может дышать при понижении давления кислорода до 98 миллиметров ртутного столба, и лишь ниже наступает «кислородное голодание». Но возможен и другой вариант: когда содержание кислорода в воздухе больше нормы. Верхняя граница возможного для человека парциального давления кислорода проходит на уровне 425 миллиметров ртутного столба. При большей концентрации кислорода наступает кислородное отравление. Итак, возможности организма человека допускают колебания содержания кислорода примерно в 4 раза. В еще более широких пределах наш организм может переносить колебания атмосферного давления: от 160 миллиметров ртутного столба до нескольких атмосфер.

Азот и аргон — инертная часть воздуха. В окислительных процессах принимает участие только кислород. Поэтому возникла мысль: а нельзя ли в космическом корабле заменить азот на более легкий газ, скажем, гелий. Кубический метр азота весит 1,25 килограмма, а гелия — всего 0,18 килограмма, то есть в семь раз меньше. Для космических кораблей, где на учете каждый лишний килограмм веса, это отнюдь не безразлично. Эксперименты показали, что в кислородногелиевой атмосфере человек может нормально дышать. Это было проверено американскими акванавтами при длительных подводных погружениях.

В техническом отношении привлекает внимание также одногазовая атмосфера, состоящая из чистого кислорода. В американских космических кораблях для дыхания космонавтов применяется чистый кислород при давлении около 270 миллиметров ртутного столба. При этом проще (а значит, и легче) получается аппаратура для контроля давления и поддержания состава атмосферы. Однако чистый кислород имеет свои недостатки: возникает угроза пожара на космическом корабле; длительное вдыхание чистого кислорода вызывает неприятные осложнения в дыхательных путях.

При создании искусственной среды в отечественных космических кораблях за основу взята нормальная земная атмосфера. Специалисты, прежде всего — медики, настояли на том, чтобы на борту космических кораблей был создан уголок родной планеты с условиями, как можно более близкими к тем, которые окружают человека на Земле. Все технические выгоды, получаемые при применении одногазовой атмосферы, кислородно-гелиевой и других, были принесены в жертву ради полного комфорта для космонавтов. Все параметры очень близки к нормам той атмосферы, которой мы дышим на Земле. Они показывают, что автоматика «держит» параметры воздуха в кабине очень «жестко», стабильно. Космонавты как бы дышат чистым воздухом Земли.

После посадки космонавтов в корабль, после герметизации его отсеков состав атмосферы в корабле начинает изменяться. Два космонавта потребляют в час около 50 литров кислорода и выделяют 80—100 граммов водяных паров, углекислый газ, летучие продукты обмена веществ и др. Тогда вступает в действие система кондиционирования, которая доводит атмосферу «до кондиции», то есть поддерживает все ее параметры на оптимальном уровне.

Источник

Можно ли использовать баллоны со сжатым воздухом для запуска ракет в космос?

Ракетный двигатель, который работает на сжатом газе (обычно азот, хотя вы могли бы использовать сжатый воздух), известен как двигатель с холодным газом.

Двигатель холодного газа — Википедия

SpaceX использует двигатели с холодным газом для маневрирования двигателей на первой ступени своей ракеты Falcon 9, чтобы переориентировать ее на ускорение и ожоги при повторном входе после отделения от второй ступени.

Двигатели с холодным газом используются не очень часто, потому что они имеют ужасную топливную экономичность. Максимальный теоретический ISP для двигателя, работающего на холодном газе, равен 76, тогда как водородный / кислородный ракетный двигатель может иметь ISP, равный 450. Поэтому вы видите, что они используются только тогда, когда вам нужен только очень маленький суммарный импульс и простота двигатель холодного газа имеет смысл.

Я полагаю, вы имеете в виду использование сжатого воздуха в качестве окислителя для сжигания вместе с топливом. Вы определенно можете сделать это . но почему?

Начнем с того, что в воздухе содержится только 20% кислорода — остальное в основном инертный газообразный азот.

Между тем, жидкий кислород, который используется в большинстве ракет, почти на 100% состоит из кислорода.

Для сравнения давайте предположим, что у нас есть два топливных бака — один заполнен сильно сжатым воздухом, а другой — жидким кислородом.

Если предположить, что сжатый воздух и жидкий кислород должны храниться с одинаковой плотностью, баллон со сжатым воздухом будет весить в 5 раз больше, чем баллон с жидким кислородом!

Это связано с тем, что для получения того же результата вам нужно подавать в 5 раз больше воздуха, чем жидкого кислорода, потому что, как мы обсуждали ранее, атмосферный воздух содержит только 20% кислорода.

Проще говоря, это увеличение веса недопустимо, когда речь идет о ракетах.

Во-вторых, как вы сказали, воздух должен быть сильно сжатым. Хотя это может устранить все проблемы с обращением и изоляцию, связанные с предотвращением выкипания топлива при -180 ° C (почти -300 ° F), как вам нужно для сверх холодного криогенного жидкого кислорода, у высоких давлений есть свои проблемы.

Чтобы получить воздух до работоспособной плотности, потребовалось бы давление IMMENSE. Это сделает воздух взрывоопасным для обработки.

Вам не понадобится ничего, кроме толстостенного сосуда высокого давления, чтобы предотвратить взрыв сжатого воздуха. Вес такого сосуда под давлением будет очень сильно влиять на вес ракеты — больше, чем любая изоляция, от которой вы только что избавились.

Проще говоря, это увеличение веса недопустимо, когда речь идет о ракетах.

Ракеты не хотят больше веса.

Сжатый воздух добавит больше веса.

Поэтому ракеты не хотят сжатого воздуха.

Я могу быть совершенно неправ, но я предполагаю, что у вас появилась идея использовать сжатый воздух от реактивных двигателей, которые используются на самолетах. Реактивные двигатели сжимают воздух до высокого давления перед тем, как сжечь его, создавая выхлоп, который толкает двигатель вперед.

Ракетные двигатели работают аналогичным образом, сжигая топливо и окислитель, создавая выхлоп, который толкает ракету вперед.

Однако реактивные двигатели забирают воздух из атмосферы и сжигают его вместе с топливом. Ракетные двигатели, с другой стороны, должны нести собственный окислитель, чтобы сжигать топливо.

Это делает реактивные двигатели более эффективными, чем ракетные двигатели, поскольку самолетам не нужно нести половину своей реактивной массы — они находятся вокруг них и бесплатны для использования.

Тем не менее, ракетные двигатели работают на НАМНОГО более высоких давлениях и температурах, чем реактивные двигатели самолетов. Давление и температура, которые будут радовать реактивный двигатель.

И причина, по которой ракетные двигатели могут работать при таких высоких давлениях и температурах . на самом деле в том, что им не нужно использовать воздух.

Как мы обсуждали ранее, воздух содержит только 20% кислорода, что делает его гораздо более ограниченным, чем жидкий кислород, с точки зрения того, что он может делать. Поскольку ракеты могут использовать 100% Pure Oxygen ™, они могут полностью извергаться в вулканическом, сгорающем рама, сгорающем изобилии внутри этого двигателя.

Но ЭТО на другом уровне:

Неудивительно, что ракетостроение считается сложным — ракеты работают в самых экстремальных условиях любых инженерных технологий.

Источник

что будет если в открытый космос выйти без скафандра, только с кислородным баллоном?

Первым эффектом, который ощутит на себе оказавшийся в открытом космосе человек, будет расширение воздуха в легких и пищеварительном тракте, вызванное падением внешнего давления. Жертва внезапной декомпрессии может существенно повысить свои шансы на выживание, просто выдохнув. Если не выпустить воздух из легких в течение первых секунд, их может просто разорвать, в кровоток попадут крупные пузыри воздуха – и то, и другое ведет к неминуемой смерти. Скорее всего, спасительный выдох окажется криком, который издаст космонавт, осознавший свое положение. Впрочем, этот крик вряд или будет кем-либо услышан – как известно, в безвоздушном космосе звуки не распространяются.

В отсутствии атмосферного давления вода начнет быстро испаряться, поэтому с поверхности глаз и рта жертвы улетучится вся влага. Начнется вскипание воды в мускулах и мягких тканях, из-за чего некоторые части тела увеличатся примерно вдвое относительно своего нормального объема. Расширение вызовет многочисленные разрывы капилляров, хотя будет недостаточным для того, чтобы порвать кожу. Через несколько секунд растворенный в крови азот также начнет образовывать пузырьки газа, вызывая «кессонную болезнь» , от которой страдают ныряльщики: эти пузырьки закупоривают мелкие сосуды, затрудняя циркуляцию крови по организму и вызывая тем самым кислородное голодание тканей. На всех открытых участках тела, подвергшихся прямому солнечному излучению, появятся ультрафиолетовые ожоги. Несмотря на жуткий холод, моментальная заморозка жертве не грозит, поскольку в отсутствии атмосферы тепло будет отводиться от организма очень медленно.

В течение целых десяти секунд человек будет сохранять трезвый ум и способность к активным действиям. В принципе, этого может оказаться достаточным для принятия срочных мер к спасению. Иначе уже через пару мгновений мозг начнет испытывать острый недостаток кислорода, наступит потеря зрения и ориентации. В отсутствии атмосферы газообменный процесс в легких пойдет в обратную сторону: кислород изымается из крови и выбрасывается в пространство, что, в совокупности с кессонными эффектами, ускоряет наступление глубокой гипоксии – кислородного голодания тканей. Полная потеря сознания случится несколькими секундами позднее, причем к этому моменту кожа пострадавшего примет отчетливо синюшный оттенок.

Несмотря на глубокий коллапс, мозг жертвы все еще будет оставаться неповрежденным, а сердце все еще будет биться. Если в течение полутора минут пострадавший будет помещен в камеру с кислородной атмосферой, он, скорее всего, довольно быстро придет в себя, отделавшись лишь незначительными повреждениями организма (правда, вызванная гипоксией слепота может сохранятся еще какое-то время) . По истечении же 90-секундного срока давление в кровеносной системе упадет настолько, что кровь начнет закипать, а сердце остановится. После этого возврат к жизни уже невозможен.

Таким образом, время выживания незащищенного человека в открытом космосе измеряется не секундами, а скорее минутами. Этот удивительный факт лишний раз свидетельствует о том, насколько жизнестойким является человеческий организм.

Источник