System podtrzymywania życia

W astronautics , A funkcji życiowych , zwany również urządzenia życia lub środki sztucznego podtrzymania życia , jest zdefiniowana przez zbiór technik pozwalających na przetrwanie człowieka lub grupę ludzi w środowisku. " Przestrzeni , więc mniej lub bardziej autonomicznego .

System podtrzymywania życia musi zapewniać astronautom żywotne środowisko o odpowiedniej jakości i ilości powietrza , wody i pożywienia , ale musi również zapewniać utrzymanie akceptowalnej temperatury i ciśnienia . , Zapewniać wystarczającą ochronę przed agresjami zewnętrznymi, takimi jak promieniowanie kosmiczne lub mikro- meteoryty , a także zagospodarowanie i recykling odpadów .

Generał

Podbój przestrzeni zdjął w końcu II wojny światowej i był jednym z najważniejszych wydarzeń w drugiej połowie XX th  wieku, zadebiutował przez silną konkurencję między Stanami Zjednoczonymi a ZSRR, ze względu na krajowej prestiżu związanych zimnej wojny . Radziecki satelita Sputnik 1 wykonał pierwszy lot kosmiczny w historii4 października 1957i pierwszy lot zamieszkany przez ludzi odbył się w dniu 12 kwietnia 1961z orbitalnym lotem radzieckiego Jurija Gagarina .

Podczas pierwszych załogowych misji kosmicznych przyniesiono ze sobą wodę i tlen, których potrzebowali członkowie załogi, i wyrzucali oni swoje odpady w kosmos, a systemy przetrwania astronautów znajdowały się wówczas w „obiegu otwartym” i regularnie uzupełniały paliwo z Ziemi, który nadal ma znaczenie dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej .

Na początku XXI th  century Space Race odwraca się do przygotowania lotów kosmicznych długoterminowych zbadać układ słoneczny, a nawet rozważa budowę stałych baz kosmicznych, który będzie się zmieniać drużyny, na Księżycu lub Marsie, aby rozpocząć. Aby misje długoterminowe były możliwe, konieczne jest projektowanie systemów przetrwania w „obiegu zamkniętym”, które pozwolą ograniczyć, a nawet wyeliminować potrzebę jakiegokolwiek tankowania. Te zamknięte systemy podtrzymywania życia będą musiały pełnić różne funkcje, w tym produkcję żywności, recykling oraz kontrolę jakości powietrza i wody.

Wszystkie agencje kosmiczne, w tym NASA z ECLSS ( Environmental Control and Life Support System ) i ASE z MELiSSA ( Micro-Ecological Life Support System Alternative ), prowadzą badania nad różnymi systemami podtrzymywania życia.

Fizjologiczne cechy załogi

Aby określić sposoby utrzymania załogi przy życiu podczas misji w kosmosie, należało najpierw określić fizyczne, fizjologiczne i metaboliczne cechy człowieka.

Wartości zależą od płci badanego (kobieta zjada mniej niż mężczyzna), jego masy (chudy krasnolud jest bardziej „oszczędny” niż osoba otyła o średnim wzroście) ...

W swoim  dokumencie  2004 Advanced Life Support: Baseline Values ​​and Assumptions Document NASA dokonała przeglądu wiedzy i założeń dotyczących systemów podtrzymywania życia.

Zatem członek załogi o średniej masie 70  kg miałby średni wydatek metaboliczny na poziomie 11,82  MJ dziennie, przy czym tempo to jest modyfikowane przez procent beztłuszczowej masy ciała, przez środowisko i poziom aktywności fizycznej.

Zużycie i odpady standardowego 70- kilogramowego członka załogi  ze współczynnikiem oddechowym 0,869 (ilość moli wytworzonego dwutlenku węgla podzielona przez ilość moli zużytego tlenu) podsumowano w poniższej tabeli (CM-d: na członka załogi i na dzień):

Zużycie i marnotrawstwo członka załogi:
Saldo Berło Średnia wartość Jednostki
Powietrze
odmowa Uwolniony dwutlenek węgla 0,998 kg / cm-d
konsumpcja Zużyty tlen 0.835 kg / cm-d
jedzenie
konsumpcja Spożywana żywność; Masa 0.617 kg / cm-d
przychodząca energia Spożywana żywność; Wartość energetyczna 11,82 MJ / CM-d
konsumpcja Wypita woda pitna 3.909 kg / cm-d
Stałe odpady
odmowa Fekalia (odpady stałe) 0,032 kg / cm-d
odmowa pot (odpady stałe) 0,018 kg / cm-d
odmowa Mocz (odpady stałe) 0,059 kg / cm-d
Odpady płynne
odmowa Woda z kałem 0,091 kg / cm-d
odmowa Oddychająca woda i pot 2.277 kg / cm-d
odmowa Woda w moczu 1,886 kg / cm-d

Funkcje życiowe wspomagają

Aby utrzymać załogę przy życiu, system podtrzymywania życia musi spełniać różne funkcje:

Atmosfera

Regeneracja w powietrzu jest jednym z najważniejszych funkcji systemów podtrzymywania życia. Wartości różnych parametrów do sprawdzenia podano poniżej:

Wartości różnych parametrów atmosferycznych:
Ustawienia Jednostki Niska Nominalny Wysoki
Wytworzony dwutlenek węgla kg / cm-d 0,466 0,998 2,241
Zużyty tlen kg / cm-d 0,385 0.835 1.852
p (CO 2 ) dla załogi kPa 0,031 0,4 0,71
p (CO 2 ) dla roślin kPa 0,04 0.12 TBD
p (O 2 ) dla załogi kPa 18,0 18,0 - 23,1 23.1
Całkowite ciśnienie kPa 48,0 70.3 102,7
Temperatura K. 291,5 295,2 299,8
Wilgotność względna % 25 60 70
Pocił woda pary kg / cm-d 0,036 0.699 1,973
Oddychana para wodna kg / cm-d 0,803 0.885 0,975
Wskaźnik wycieku (lot kosmiczny) % / d 0 0,05 0.14

Wartość całkowitego ciśnienia atmosferycznego ma kluczowe znaczenie. Niektórzy wolą stosować ciśnienia równoważne ciśnieniu występującemu na poziomie morza na Ziemi (101,3 kPa), ponieważ to właśnie pod tymi ciśnieniami zebrano większość znanych ludzkich danych fizjologicznych i zapewniają one optymalne warunki życia dla ludzi przez długi czas okresy czasu. Inni wolą używać niskich ciśnień w celu zmniejszenia całkowitej masy gazu jest to wymagane, masa całkowita statku kosmicznego, a także zmniejszenia hyperoxygenation wymagane przed spacewalk w skafandrze . Zmniejszone ciśnienie prowadzi do wzrostu zawartości procentowej tlenu w stosunku do innych gazów, co ma tę wadę, że zwiększa ryzyko pożaru. Podczas gdy ciśnienie na poziomie morza na Ziemi wynosi 101,3 kPa, NASA uważa ciśnienie 70,3 kPa za ciśnienie nominalne (Lin 1997).

Dla ludzi dopuszczalne ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla wynosi 0,4 kPa (w zakresie od 0,031 kPa minimum do 0,71 kPa maksimum). To ciśnienie jest wyższe niż tolerowane przez większość roślin (około 0,120 kPa lub 1200  ppm ), ale górna granica dopuszczalna dla roślin nie jest jeszcze znana. Można by zatem wyobrazić sobie różne atmosfery dla zamieszkałych przedziałów i dla pomieszczeń hodowlanych. Normalne p (CO 2 ) na Ziemi wynosi od 0,035 kPa do 0,040 kPa ( 350 do 400  ppm ).

Oszczędzanie gazu jest niezbędne w każdym systemie podtrzymywania życia. Gaz może być przechowywany w naczyniach ciśnieniowych, jako płyn kriogeniczny, zaadsorbowany lub połączony chemicznie. Koszt przechowywania zależy od gazu, „gazy trwałe”, takie jak azot i tlen, wymagają wysokich ciśnień i pozostają w stanie gazowym w normalnej temperaturze, podczas gdy „gazy nietrwałe”, takie jak CO 2, mogą być łatwiej przechowywane w cieczy uformować się pod presją. Przechowywanie kriogeniczne wymaga stałej kontroli termicznej lub użycia niewielkiej ilości gazu w celu zapewnienia chłodzenia wyparnego. Skuteczność adsorpcji i kombinacji chemicznej różni się znacznie w zależności od rozważanych gazów.

Biomasa

jedzenie

The power historycznie zapomniane analizy systemów podtrzymujących życie, ma istotny wpływ na poziom samowystarczalności i kosztów wsparcia załogi. W przypadku misji długoterminowych pokarmy roślinne uprawiane na miejscu są źródłem pożywienia, ale mogą również regenerować część lub całość powietrza (poprzez przekształcanie dwutlenku węgla w tlen) i `` wodę (poprzez przekształcanie ścieków w wodę pitną poprzez ewapotranspirację) ). Tak więc, jeśli więcej niż 25% żywności w przeliczeniu na suchą masę jest wytwarzane na miejscu, cała potrzebna woda może zostać zregenerowana w tym samym procesie. A jeśli około 50% żywności w przeliczeniu na suchą masę jest wytwarzane na miejscu, całe wymagane powietrze można zregenerować (Drysdale i in., 1997).

Trudność w recyklingu mikroelementów sprawia, że ​​zamknięcie systemu jest obecnie niemożliwe, w 2015 roku.

Mikrograwitacja stwarza szereg trudności w uprawie roślin i badania trwają ustalenia, jakie są najbardziej interesujących roślin.

Temperatura

Marnotrawstwo

woda

Projekty agencji kosmicznych

Uwagi i odniesienia

  1. Uwaga: Istnieją różne synonimy systemu podtrzymywania życia, takie jak zamknięty system ekologiczny, CELSS ( Closed Ecologic Life Support Systems ); wodoszczelna kabina w ekologii; Projekt Breadboard; System podtrzymywania życia; Kontrolowany system przetrwania ekologicznego; zamknięty system ekologiczny; zamknięty system ekologiczny; System podtrzymywania życia; Zamknięty system biologiczny; kontrolowany system przetrwania ekologicznego; zamknięte systemy ekologiczne. Zobacz synonimy MeSH na http://www.chu-rouen.fr
  2. Komisja ds. Wzbogacenia języka francuskiego , „  sprzęt na całe życie  ” , FranceTerme , Ministerstwo Kultury .
  3. „  środki sztucznego utrzymania życia  ” , Le Grand Dictionnaire terminologique , Office québécois de la langue française .
  4. (en) Sci-fi Life Support ; 30 października 2006; Autor: Trudy E. Bell; Wydawca: D Dr. Tony Phillips; Kredyt: Science @ NASA. System przetrwania godny science fiction , francuskie tłumaczenie Didiera Jameta.
  5. (w) NASA / CR-2004-208941, Advanced Life Support: Baseline Values ​​and Assumptions Document ( ALS: BVAD ), Anthony J. Hanford, Ph.D. - Redaktor Lockheed Martin Space Operations - Houston, Texas 77058. Pełny tekst PDF
  6. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 3.3 Charakterystyka załogi, 3.3.1 Tempo metabolizmu załogi: strona 22
  7. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 3.3 Charakterystyka załogi, 3.3.3 Nominalne interfejsy człowieka, Tabela 3.3.6: strona 26
  8. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 2.4 Podsystemy podtrzymywania życia w ramach projektu Advanced Life Support Project, Tabela 2.4.1: strona 5
  9. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 4.1 Air Subsystem, 4.1.1 Design Values ​​for Atmospheric Systems, Table 4.1.1: page 28
  10. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 4.1 Air Subsystem, 4.1.1 Design Values ​​for Atmospheric Systems: strona 28
  11. Uwaga: hiperoksygenacja (przed oddechem lub przed oddechem) polega na oddychaniu 100% czystym tlenem w celu usunięcia azotu z organizmu (denitogenacja), w celu przygotowania się do aktywności takiej jak spacer kosmiczny, wymagającej zmiany ciśnienia, która może spowodować chorobę dekompresyjną .
  12. Lin, CH (1997) March Transit Habitat ECLSS . National Aeronautics and Space Administration, Centrum Kosmiczne Lyndona B. Johnsona, Houston, Teksas. Wewnętrzny pakiet prezentacji NASA od Crew and Thermal Systems Division z kwietnia 1997 r. Zobacz także: Lin, CH (1997) Mars Transit Habitat ECLSS, Initial Baseline and Trade Studies . National Aeronautics and Space Administration, Centrum Kosmiczne Lyndona B. Johnsona, Houston, Teksas. Wewnętrzny pakiet prezentacji NASA od Crew and Thermal Systems Division z dnia 9 grudnia 1997 r.
  13. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 4.1.2 Magazynowanie gazu: strona 31
  14. NASA / CR - 2004–208941, ALS: BVAD , 4.3 Food Subsystem: strona 55
  15. (en) „  Surviving in a Closed Environment: Life Beyond Earth  ” , na http://www.space.gc.ca ,4 października 2004(dostęp 18 lipca 2008 )
  16. Drysdale, AE, Beavers, D. i Posada, V. (1997). Raport roczny projektu KSC Life Sciences za okres od stycznia do grudnia 1997 r . The Boeing Company, John F. Kennedy Space Center, Floryda, czerwiec 1998.
  17. (w) „  Melissa  ” na http://www.esa.int ,19 listopada 2007(dostęp 17 lipca 2008 )
  18. (in) „  Nie marnuj, nie chcę w drodze na Marsa  ” na http://www.esa.int ,26 lipca 2001(dostęp 17 lipca 2008 )
  19. (w) „  Łatwe oddychanie na stacji kosmicznej  ” na http://science.nasa.gov ,13 listopada 2000(dostęp 17 lipca 2008 )

Źródła

Zobacz też

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne