Ю. Одум - Основы экологии (1975) (1135319), страница 178
Текст из файла (страница 178)
Однако по мере увеличения числа космонавтов в корабле и Открытая система гбегрегенеранимг исяагыонние иеи оксменьье асмрмасьс ра ятся иги вибра- сиваююся в космос с7ряуоткрытая систамп (рггонерания соби исиси рвсмираторниигагао бра- осиос уамннутал система (ионная регенвраяия) богис Чьиг 242.
Упрощенные блоковые схемы трех систем жизнеобеспечения. ГЛ. 20. ЭКОЛОГИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА Вранл продолжительности полета масса такой открытой системы быстро достигнет уровня, при котором критическими станут ОГРвничеиии. Завиои- ым мость между массой и продол- Ф жителиностью или дальностью полета показана ~на фиг. 243. По оси ординат откладывается и фиксированная «стоимость по массе» оборудования, системы в жизн~еобеспечения, включая й источник энергии, но не расходуемое горючее.
С|истема от- в крытото типа обладает наименьшими ~размерами и стоимостью для коротких периодов времени; контроль здесь относительно простой, но «стоимость по ~массе» возрастает ОЧЕНЬ РЕЗКО С КажДЫМ ЛИШНИМ Фиг. Ззд Зааисимость между массой, продолднем пребывания в космосе. жительностью полета и степенью регенерации Теоретически всех осложне- а системе жизнеобеспечения космического кой рабля (Майерс, 1963), геиереции возрастает по е е у е системе из-за большой массы, вреымейи пребывания в космосе. ь з и 3 — точки, в которык имеет смысл производить регенерацию воды, МОЖНО ЧЕСТИЧНО ИЛИ ПОЛ- респирато иыз газов к пищи соотаегщвеипо, постыл избежать, введя частичиую регенерацию (фиг.
242, 2 и 243). Располагая источи|иком энергии (солнечный свет или электричество либо и то и другое) и «сырьем» в виде отходов (СОв моча, сточные воды), можно восстанавливать химическим путем кислород и воду. Кроме того, если к выделяемым космонавтом веществам и исто рнику энергии добавить определенные организмы (водоросли, бактерии и другие), можно регенерировать газовую смесь для дыхания и питьевую воду, а также выращивать пищу.
При включении такой регенерациониай ста~дии увеличивается фиксированная «стоимость по массе» (фиг. 243), но скорость ее увеличения на каждый дополнительный день полета уменьшается по сравнению с открытой системой. Закрытая система жизнеобеспечения с полной регенерацией будет иметь большие размеры и высокую стоимость, но эта стоимость будет оставаться одинаковой независимо от продолжительности пребывания в космосе, т. е. такая система наиболее целесообразна.
Стрелки с цифрами 1, 2 и 3 на фиг. 243 указывают на те точки во времени, когда регенерация соответственно воды, кислорода и пищи, так сказать, окупится. Сейчас еще трудно точно указать масштаб времени на оси абсцисс. Предполагается, что точка 1 соответствует нескольким неделям, точка 2 — нескольким месяцам, точка 3, вероятно,— 1 г. Как отметил Хок (1960), открытая нли полуоткрытая система могла бы действовать дольше, если бы человек мог впадать в спячку! Для космических кораблей было предложено несколько типов частично или полностью замкнутых систем с регенерацией за счет: 1) механической хеморегенерации; 2) фотосинтеза водорослей; 3) бактериального хемосинтеза и 4) многовидовых экосистем со многими трофическими уровнями, подобных саморегулирующимся, или «климаксным», системам в природе.
При выборе одного из этих вариантов в качестве основы жизнеобеспечения самыми важными критериями являются: потреб- ЧАСТЬ К ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ ляемая энергия, масса, стабильность и долговечность. С точки зрения инженера, который должен запустить на орбиту полезный груз, оптимальна та система, которая является наименьшей по всем параметрам (энергия, масса, площадь, объем), способна в течение длительного времени поддерживать жизнь и надежна (в смысле исправности механизмов и прочности). С точки зрения космонавта, стабильность и долговечность регенерационного устройства важнее, чем эффективность регенерации. Исходя из теории развития экосистемы, обсуждавшейся в гл.
9 (равд. 1), инженер стремится достигнуть максимальной эффективности Р/В (где Р— скорость регенерации газов или производства пищи, а  — масса регенерационной установки)„как на ранних стадиях сукцессии в естественных системах на Земле. К сожалению, такой эффективности можно достигнуть за счет стабильности условий и величины жилого отсека для космонавтов, которые, таким образом, могут предпочесть более низкую эффективность Р/В (или более высокое отношение В/Р) зрелых, или климаксных, природных систем! В настоящее время работа по созданию систем жизнеобеспечения идет по двум направлениям — механическому и биологическому.
Сложная механическая система хеморегенерации, обеспечивающая регенерацию газов н воды (но не пищи) и удаление отходов, уже почти действует. Это достаточно надежная система, способная поддерживать жизнь довольно долгое время. Для очень длительных полетов система химической регенерации становится слишком «тяжелой»; так как ее металлические детали велики по объему и массе, она требует больших количеств энергии, а также запасов пищи и некоторых газов, которые надо пополнять. Дополнительные осложнения возникают в связи с тем, что для удаления СО» нужна высокая температура; кроме того, при длительных полетах в системе постепенно накапЛиваются токсичные вещества (например, окись углерода), о чем ие приходится беспокоиться при непродолжительных полетах.
В очень длительных космических полетах, когда пополнение запасов и хеморегенерация невозможны, придется прибегнуть к другой альтернативе — к биологической экосистеме, обеспечивающей частичную или полную регенерацию. В таких системах, основанных на биологических процессах, в настоящее время пытаются использовать в качестве «продуцентов» хемосннтезирующие бактерии, мелкие фотосинтезирующие организмы, такие, как С/Г(огейа, или некоторые высшие водные растения, поскольку, как указывалось выше, инженерные соображения исключают, по-видимому, использование для этих целей более крупных организмов. Иными словами, при выборе биологического «газообменника» вновь возникает проблема «масса или эффективность», Как мы видели в гл.
3, чем меньше организм, тем выше его регенерационная эффективность. Эта эффективность, однако, достигаетГя ценой долговечности отдельных особей (еще одно проявление упоминавшейся ранее противоположности соотношений Р/В и В/Р). Чем короче жизнь отдельной особи, тем труднее предупредить или смягчить колебания численности популяции и генофонда. Один килограмм хемосинтезинтезирующих бактерий может удалить из атмосферы космического корабля больше СО», чем один килограмм водорослей Сл(огейа, но рост бактерий регулировать труднее. В свою очередь Сй(оге//а, если говорить о массе, более эффективна в качестве газообменника, чем высшие растения, но при этом ее труднее регулировать. По всей вероятности, необходимой для действительно длительного исследования моса стабильностью обладает только многовидовая зрелая экосистем .
Изучение таких систем важно еще и потому, что при этом ясно ваются те ограничения, которые человек должен наложить на свою жизнь здесь, на Земле. ГЛ УО ЭКОЛОГИЯ КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА Механическая хеморегенерация Система, основанная на механической хеморегенерации газов и воды и на запасании пищи и ряда других материалов, представляет собои полуоткрытую систему, которая значительно экономичнее в смысле массы по сравнению с системой открытого типа и предположительно могла бы в течение нескольких сот дней обеспечивать жизнь космонавтов.
Согласно Фостеру (1966), 94% массы всех материалов, нужных для жизнеобеспечения, составляют вода и кислород. Если обеспечить периодическое пополнение запасов, как это можно будет делать при исследовании Луны или на космических заправочных станциях, то такую систему можно было бы использовать довольно долгое время при некоторых типах полетов. На фиг. 244 показана «Полная система жизнеобеспечения» — один из нескольких возможных проектов космического корабля с механической системой хеморегенерации.
Эта модельная система сконструирована и испытывается компанией «Дженерал Дайнамикс» для Исследовательского центра Ленгли (Армстронг, 1966; НАСА Сгч-614). Когда установка будет закончена, она сможет в течение года Фиг. 244. Макет полной системы жизиеабеспечеиик, в которой механическими и химическими способами производится регеиерапия воды и газов л внешний вид камеры жизнеобеспечения; небольшая боковая камера справа — воздушный шлюз, через который входит и выходит космонавт Б Установка для регенерации атмосферы В Установка для каталнзируемого восстановления Соь показан накопившийся углероя, который нужно выбросить вон Г Регуляторы управления вовой с накопительными тапками вверху н вяизу Фиг Б и Г ярко демонстрируют, какие сложные механические конструкции необходимы для замени самых злементарных функций прирОды! ЧАСТЬ З.
ПРИКЛАДНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ Ноге отит ель влаги Наииттвл4 со, Р лахтныа, огатый Сог воздух соаонь Бак для хранения хиииколиев устанмка дгя восста ноеления ооа Насос Отсек вкилагка Ра бс ванасом нииеи) Электролиг ьголл октар конденсата но Блок ойоа сотки водьь ' ако~ительниа нк хилас Нтй воды Блок сдрадотки воды Моча Фиг. 24З.
Упрощенная теоретическая схема механо-химической регенерадионной сис- темы (действующая модель показана на фиг. 244). обеспечить 4 человек сухой пищей и регенерированным кислородом и водой, но каждые 90 дней необходимо будет пополнять запасы пищи н некоторых газсе. Схема процесса механической и химической регенерации показана на фиг. 245.
Самая важная с точки зрения экономии массы процедура регенерации — это восстановление воды. Вода расходуется в кабине для питья, для восстановления пищи, для умывания, а также в электролитической ячейке — для регенерации кислорода. Около половины потребленной человеком за сутки воды выделяется с мочой, остальное — с калом, а также при потоотделеиии и дыхании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
