В первой части мы поговорили о использовании чистого кислорода при различных давлениях в земных условиях. Использование в смесях, с различным парциальным давлением. Подводное оборудование, спасательное, авиационное. Пределы и лимиты.
Виталий Насенник в комментариях привел в пример книгу:
Митчел Р. Шарп "Человек в космосе" - 1969 г.
Выдержки из этой книги:
"В США на раннем этапе разработки космических кораблей требование ограничения веса корабля диктовало необходимость поддержания в кабине давления меньше 1 атм. Однако из-за опасности возникновения дисбаризма при таком давлении нельзя использовать воздух. Наилучшей заменой воздуха является в этом случае чистый кислород при давлении 0,35 атм. При таком давлении уменьшается вероятность наступления ателектазов (неполного расширения легочных альвеол, частичного их слипания). На стр. 120 помещен график, на котором наглядно показаны физиологические факторы, диктующие выбор давления в случае использования атмосферы чистого кислорода. Верхний предел давления, которое можно рассматривать, определяется токсичностью кислорода, а нижний — кислородной недостаточностью."
Влад Румянцев написал такой коммент:
"Во всей этой литературе отсутствует описание роли инертных газов. Не знали в то время об этом. А она огромна. Без инертного газа происходит деградация стенки альвеол. В слизистой перестает вырабатываться секрет и альвеола схлопывается. В результате, усвоение кислорода легкими снижается.
Поэтому, в настоящее время использование чистого кислорода строго ограничено и применимо только в случае крайней необходимости."
А в книге как раз дается упоминание ателектазов, и обосновывается 0,35 атм.
Видимо эта же причина делает высокогорье (восьмитысячники) "зоной смерти" - пребывание, даже с кислородом - кратковременно.
После этого заглянул в справочники:
"В альпинизме зона смерти относится к высотам выше определенной точки, где давление кислорода недостаточно для поддержания человеческой жизни в течение длительного периода времени. Эта точка обычно обозначается как 8000 м (26000 футов, менее 356 миллибар атмосферного давления). Эта концепция была задумана в 1953 году швейцарским врачом Эдуардом Висс-Дюнаном, который назвал ее смертельной зоной. Все 14 вершин выше 8000 м в зоне смерти расположены в Гималаях и Каракоруме Азии."
356 миллибар примерно равны 0,35 атм.
Какого эффекта там больше - кислородного голодания и отмирания клеток мозга из за этого, или схлопывания альвеол, или то и другое вместе - не знаю, но такой факт есть, и совпадение давлений то же есть.
Коснусь еще первых полетов на большие высоты в стратостатах и специальных высотных самолетах.
Стратостаты:
Стратостат, получивший название "FNRS-1", был спроектирован швейцарским учёным Огюстом Пикаром. Впервые стратостат был оборудован сферической герметичной гондолой из алюминия толщиной 3,5 мм, которая защищала экипаж от непригодных для жизни условий стратосферы. Проектирование и создание гондолы было осуществлено в 1930 году при поддержке бельгийской организации «Национальный фонд для научных исследований» (Fonds National de la Recherche Scientifique - FNRS), в честь которой она была названа FNRS-1.
Кислородная система - простейшая или даже примитивная - углекислый газ в гондоле поглощался патронами с гидроксидом натрия (едким натром), кислород добавлялся вручную из баллонов.
У советских стратостатов - "СССР-1" и "Осоавиахим-1" аналогично
У американского "Эксплорера-2" система обеспечения дыхания экипажа была сложнее.
Использовалась газовая смесь 46% кислорода и 53% азота - то, что сейчас называют нитроксы. Смесь хранилась в сжиженном виде, в 25 литровом сосуде Дьюара. Имелась система газификации и подачи газовой смеси по давлению в гондоле. Система поглощения углекислого газа гидроксидом натрия. Так как использовалась газовая смесь, то где то должен быть сбросной клапан - в противном случае парциальное давление кислорода постоянно снижалось бы, при постоянном давлении в гондоле - но про него информации не попалось. Имелся аварийный запас кислородно-азотной смеси на случай разгерметизации.
Самолеты:
Довольно интересно, в теме нашей статьи рассмотреть два самолета.
Стратоплан БОК-1 (СС- стратосферный самолет)
Цитата:
"Рассчитанная на двух членов экипажа герметическая кабина является отдельным элементом, не включенным в конструкцию самолета. Имеет овальное сечение, состоит из 11 шпангоутов, обшита 2-мм дюралем. Для получения достаточной герметичности использовался двойной заклепочный шов, с предварительно наносимыми цинковыми белилами. Гермокабина рассчитывалась с 6–кратным запасом прочности, на практике в ней поддерживалось избыточное давление 0,8 атмосфер. Вход в кабину осуществлялся следующим образом: сначала экипаж через верхний люк в фюзеляже проникал в самолет (можно сказать, в предварительный тамбур), затем через гермолюк в задней стенке кабины занимал свои рабочие места и задраивался.
Верхняя часть гермокабины снаружи (но под обшивкой фюзеляжа) утеплена слоем войлока. Это покрытие помимо прочего заметно снижало шум в кабине – можно было переговариваться без напряжения голосовых связок. В нижней части гермокабина обогревается воздухом, выходящим из радиатора охлаждения двигателя. Для регулирования обогревом имелась специальная створка, управляемая из кабины.
Гермокабина снабжена семью окнами – иллюминаторами: 5 окон у пилота и 2 – у наблюдателя. В иллюминаторах использовалось специальное закаленное стекло толщиной 15-16 мм. Для устранения запотевания внутри имеются вторые стекла толщиной 3-4 мм, которые постоянно обогреваются теплым воздухом. Пространство между стеклами осушалось влагопоглотителями (хлористый кальций с селикагелем). Снабжение экипажа воздухом осуществлялось путем регенерации. Кислород подавался из расчета 120 л/час на двух человек. Выделяемые углекислота и влага поглощались – кабинный воздух прогонялся при помощи центробежного вентилятора через химические поглотители."
Как видите, система снабжения воздухом регенеративная.
"Чайка" И-153 ГК - экспериментальная модификация "Чайки" с гермокабиной.
Цитата:
"Конструктивно кабина была выполнена в виде сварного металлического "кокона" (сталь С20) по форме и размерам фигуры сидящего летчика. Верхняя откидная часть представляла собой полусферу в виде стального каркаса с дюралевой оболочкой и прорезанными в ней иллюминаторами. Необходимые жизненные условия в кабине поддерживались при помощи кислорода, подаваемого из 4-х литрового баллона. Кислород поступал в кабину в количестве 3-4 литров в минуту и смешивался с воздухом, который, в свою очередь, проходил через специальные регенерирующие патроны. Последние выполняли роль поглотителей углекислого газа. Очищенная таким образом воздушная смесь поступала в переднюю часть кабины в количестве 50-55 литров в минуту. Внутри поддерживалось постоянное избыточное давление 0,2 атмосферы и температура около 10°С."
И здесь то же регенеративная система воздухоснабжения.
Но это "первые пробы пера".
Последующие опытные самолеты имели или комбинированную - регенерация плюс вентиляция под наддувом (БОК-7), или вентилируемую систему, а кислород остался в индивидуальном снабжении пилота в нештатных ситуациях в виде кислородной маски.
Подведем промежуточные итоги - физиологические ограничения в применении чистого кислорода.
Ряд "скептиков" (а так же бОльшая часть "немогликов") заявляют следующее:
1. Дыхание чистым кислородом при давлении в 1 атм даже в течении короткого времени (10-15 мин) приводит к кислородному отравлению. Потому предстартовое дыхание астронавтов чистым кислородом (для удаления из крови азота и предотвращения "кессонки" при переходе на давление в 0,35 атм, а так же для компенсации внешнего атмосферного давления на космический аппарат на земле) при давлении в 1 атм неизбежно приведет к кислородному отравлению астронавтов, и они вместо Луны сразу поедут в реанимацию.
2. Длительное - до двух недель - дыхание чистым кислородом под давлением в 0,35 атм приведет к деградации лёгких - стенок альвеол - и их последующему частичному или полному схлопыванию.
3. Первый и второй пункт говорит о невозможности пилотируемого полета на Луну, потому американцы никуда не летали.
Возражения (в данном случае мои - "защитники" и "моглики" в основном "давят" бездоказательно эмоциями).
По первому пункту - допустимое безопасное время дыхания чистым кислородом под давлением в 1 атм неподготовленными людьми несколько часов - до 5 ч. На Шаттле, у которого время предстартовых подготовок, проверок, сбоев, их исправлений редко было меньше тех 5 часов - на кислороде лететь было, разумеется, нельзя. А вот Сатурн-5, будучи идеальной ракетой, которая летала чётко по расписанию, едва ли не точнее, чем отправляется поезд от вокзала - разумеется позволяла эти полеты.
По второму пункту - длительное, месяцы и годы, как на МКС, или как на планируемом Королевым ТМК (тяжелый межпланетный корабль) дыхание чистым кислородом под давлением в 0,35 атм, может привести к каким либо возможным, средней тяжести или тяжёлым последствиям. Примерно так же, как длительное воздействие невесомости, несмотря на все занятия на тренажерах, специальные процедуры, питание и добавки - здоровье ухудшает. Но достаточно короткий, чуть больше недели, промежуток времени, в течение которого осуществляется дыхание кислородом под давлением 0,35 атм заметного влияния не окажет. Как парциальным давлением кислорода (допустимая суточная экспозиция превышает сутки), так и по абсолютному давлению - вероятность наступления ателектазов (неполного расширения легочных альвеол, частичного их слипания) минимальна.
По третьему пункту - кислородная атмосфера на старте и в полете не могла стать непреодолимым препятствием, не позволившим бы осуществить полет.
Я сильно сомневаюсь в правдивости официальной версии полетов американцев на Луну, но заниматься "подтасовками" - не в моей практике. И если я не вижу физиологических препятствий и ограничений в использовании кислорода - то так и говорю.
Итак, "кислородный матч" "моглики против немогликов" выигрывают "моглики" со счетом 1:0!
Выигрывают?
Как всегда, дьявол кроется в деталях.
Посмотрим другие аспекты использования кислорода.
Напомню - основная аргументация использования кислорода - это снижение массы, дабы обеспечить однопусковую схему полета на Луну.
Потому как, несмотря на героические успехи "Джемини" - они стыковали аппараты с мишенью тросом, просто полетав (видимо, маша руками) в скафандре в открытом космосе, стыковали аппараты между собой, они стыковались просто от скуки, потому, что полет был длительный и им надо было чем то развлечься - никаких стыковочных операций вблизи Земли "Аполлонам" делать было нельзя. Только после старта к Луне, на отлётной траектории, выполняли, по официальной версии, перестыковку.
Хотя ничто не мешало запустить отдельно ЛМ от КМ и сервисного модуля, состыковать и такой "связкой" осуществлять разгон. Все равно перестыковка была.
Но история не имеет сослагательного наклонения. Так же, как и снятый и выпущенный в прокат фильм нельзя изменить - можно только немного подправить, подрезать, убрать что то, добавить - но основной сюжет не изменить.
Прежде чем рассматривать, был ли выигрыш в массе от использования чистого кислорода, было ли это реализовано, коснемся следующего:
Пожарная опасность в кислородной среде.
Пожар в замкнутом пространстве - очень страшно. И почти всегда - трагично - с гибелью людей. Даже если это на земле - например в поезде
Пожар в салоне самолета в воздухе - практически без вариантов (есть документальный сериал "Расследование авиакатастроф" - рассмотрены разные ситуации, в том числе и такие)
Но поезд не герметичен, атмосфера - воздух. У самолета атмосфера то же воздух, салон герметичен, но не замкнут - он вентилируется.
Полностью замкнутое пространство, с регенерацией - это подводные лодки и подводные обитаемые аппараты. Атмосфера в них - воздух, но последствия как при пожаре в салоне самолета или намного хуже.
Из не сильно давнего - "Лошарик".
Космический аппарат с воздушной атмосферой имеет небольшое преимущество в пожарном отношении - в невесомости нет конвекции. Но это утешение слабое - работает много вентиляторов, которые эту конвекцию и обеспечивают. Невесомость затрудняет применение противопожарных средств. Самолет может приземлиться, подводная лодка может всплыть. Экипаж эвакуироваться. Космический корабль лишен такой возможности. Потому меры по предотвращению и недопущению пожара - высочайшие.
А если космический корабль и чистый кислород?
На земле:
Это известный всем интересующимся "Аполлон-1" и его экипаж. Сгорел в кислородной атмосфере (или их сожгли - это тема отдельного разговора).
За 6 лет до этого:
"За 19 дней до полета Юрия Гагарина в Звездном городке произошла страшная трагедия.
23 марта 1961 года погиб член первого отряда космонавтов СССР Валентин Бондаренко. Эта трагедия на десятилетия была засекречена, поэтому и сегодня о ней мало кто знает. В недавно рассекреченных дневниках тогдашнего руководителя Центра подготовки космонавтов генерала Каманина в тот день была сделана такая запись: «Погиб слушатель-космонавт старший лейтенант В.В.Бондаренко. Нелепая первая жертва среди космонавтов. Он погиб от пожара в барокамере на десятые сутки 15-суточного эксперимента, проводившегося в Институте авиационной и космической медицины. Причина возникновения пожара пока неизвестна, вероятнее всего, она кроется в плохой организации дежурства и контроля за ходом испытаний».
Возгорание спирта
Позже было установлено следующее. Валентин Бондаренко проходил испытания на одиночество в сурдокамере. В помещении очень небольшого объема, где можно было только встать с кресла или же полуоткинуться в нём для сна, он провел девять суток. Трагедия произошла на десятые. Как раз когда заканчивался эксперимент. У ног космонавта стояла электрическая плитка, на которой он разогревал пищу. Одновременно Валентин начал снимать с тела медицинские датчики. Протерев кожу ваткой, смоченной в спирте, он, не глядя, бросил ее в корзину для мусора. Но попал на включенную электроплитку. В атмосфере чистого кислорода пожар вспыхнул моментально. Сразу открыть двери оказалось невозможно из-за перепада давления. Когда спасатели все-таки ворвались, было уже поздно. Бондаренко находился еще в сознании. Он бормотал: «Никого не наказывайте. Я сам виноват. Сам…»"
Конец цитирования.
Кислородной атмосферы сейчас нет ни в одном из космических кораблей.
Кислородная атмосфера с повышенным парциальным давлением кислорода используется в барокамерах.
Медицинских, исследовательских, спасательных. В спасательных может использоваться чистый кислород с давлением до 2,8 атм. В исследовательских - в зависимости от назначения. В медицинских парциальное давление кислорода может доходить до 1 атм, и даже выше, но значительно чаще - выше атмосферных 0,2 атм, но ниже 1 атм.
Про барокамеры - небольшой, но очень эмоциональный, отрывок и этого источника:
"В атмосфере чистого кислорода под давлением горит всё. Горит даже нержавеющая сталь. Скорость распространения огня по одежде – полтора метра в секунду. В барокамерах нет систем пожаротушения поскольку все огнетушащие составы в кислородной атмосфере неэффективны от слова «совсем». Смертность пациентов при пожаре в кислородной барокамере равна 100%. Исключений нет. Люди гибнут от резкого перегрева, отравления угарным газом, ожогов. Случаи, когда пациента достают из сгоревшей барокамеры живым редки, но всё же бывают. В 2012 году, 30 августа вспыхнула барокамера в ставропольской больнице, обгорел семнадцатилетний парень, а уже 1 сентября газеты сообщили о его смерти. При ожогах 100% поверхности тела искусственная кома, в которую погружают пострадавшего, является лишь растянутым по времени аналогом эвтаназии.
От чего горят? 65-летний китаец Ли Хун, житель китайской провинции Гуандун маялся от непереносимого желания закурить. Курение в больнице воспрещалось, а ходить за проходную больной не мог по состоянию здоровья. Когда его в первый раз поместили в медицинскую барокамеру, китаец понял – это его шанс. Барокамера представляла собою стальной цилиндр с микроскопическими иллюминаторами и риск спалиться был минимален. По крайней мере, дедушка так считал. Когда давление в барокамере поднялось и перестало давить на барабанные перепонки, старичок достал припрятанные в одежде сигареты, чиркнул зажигалкой и… Результат вы видите на фото:
В Японии, в 1969 г. в барокамеру были помещены четверо испытателей. Опыт проводился при 73% содержании кислорода. Причиной пожара стала кинокамера – искра от неё подожгла стопку газет. Не выжил никто. В Иркутске мамаша дала ребёнку инерционную машинку, чтоб было нескучно в барокамере. Ребёнок чиркнул машинкой по стенке барокамеры, возникла искра, барокамера полыхнула. В Питере в сгоревшей вместе с ребёнком барокамере нашли остатки зажигалки. Как она туда попала? Это вы у меня спрашиваете?
В барокамеру положили моднейшего по советским меркам джентльмена. Волосы пациента были покрыты бриллиантином – для блеска и чтоб причёска держалась. Бриллиантин готовится из глицерина и туалетного спирта. Медицинские барокамеры устроены так, что приток кислорода осуществляется к голове пациента, в данном случае – прямо к волосам, пропитанным глицерином с остатками спирта. Пациент сгорел.
В 2009 году бабушка-итальянка с четырёхлетним внуком приехали в США на лечение. Ребёнку был назначен курс баротерапии по поводу детского церебрального паралича. Процедура проходила в многоместной барокамере, в которую старушку поместили вместе с мальчиком. Пожар полыхал пять минут, в течении которых итальянцы лишились 90% кожного покрова. С такими ожогами не живут. При расследовании выяснилось, что на итальянцах были вещи, содержащие до 35% синтетики способной дать разряд статического электричества. На мальчике был подгузник, также с синтетикой. Барокамера не имела заземления, а на пациентах не было специальных заземляющих браслетов. Бабушка захватила с собой детские салфетки, содержащие спирт. Ну и последний пункт в обвинительном приговоре: Связь в барокамере не работала. Когда полыхнуло, старушке пришлось стучать в стекло, чтобы привлечь внимание персонала.
Уму не постижимо, что пытаются пронести в барокамеру номинанты на премию Дарвина: плееры, ридеры, фонарики… Медсестра в барозале обратила внимание – у пациента странное выражение лица. Оказалось, он запихнул в рот мобильный телефон и собирался с ним лечь в барокамеру. На естественный вопрос «На фига?», парень, слегка смутившись, ответил: «Хотел проверить, будет ли он работать в барокамере?» Для любопытных отвечу: в барокамере телефон работает. В старой «Ока-МТ» похуже, в новенькой барокамере БЛКС с большими иллюминаторами – заметно лучше. Телефонный звонок будет последним, что вы услышите в своей жизни.
Конструктивные недостатки барокамер служат причиной пожара чрезвычайно редко. Но в 93-94 годах в Китае подряд сгорели три барокамеры из-за короткого замыкания в воздушном кондиционере. В российских камерах БЛКС, кстати говоря, кондиционеров просто нет. Примитивная советская желелзяка, но… безопасная. На заметку родителям, желающим развлечь своё чадо в барокамере чтением книжки по телефону: При длительном разговоре динамик телефона в барокамере нагревается. И хоть напряжение там всего 12 вольт, не рискуйте."
Конец цитирования.
Тема горения в кислороде различных веществ весьма обширна и сложна, потому продолжим
в следующей части.
