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 .
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.
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):
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 |
Aby utrzymać załogę przy życiu, system podtrzymywania życia musi spełniać różne funkcje:
Regeneracja w powietrzu jest jednym z najważniejszych funkcji systemów podtrzymywania życia. Wartości różnych parametrów do sprawdzenia podano poniżej:
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.
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.