По данному вопросу - могла ли повлиять кислородная атмосфера с давлением 0,3 атм на "летание" или "нелетание" американских астронавтов на Луну сломано много копий. Причем с обеих сторон - сторонники "летания" объясняют применение такой системы простотой, надежностью, малой массой. Сторонники "нелетания" вспоминают про "ядовитость" чистого кислорода при сколь нибудь длительном его использовании и то, что за время полета астронавты должны были отравится и вернуться на Землю в совсем неживом виде.
Выскажу свое мнение и понимание по данному вопросу.
Для начала - вступление.
Первые знания об особенностях дыхания и жизнедеятельности во "враждебных средах" я получил в детстве из замечательной книги:
Я перечитал её, от "корки до корки" не менее пяти раз - так замечательно она написана, и так хорошо ложилась на мое, по детски восторженное, восприятие. Были после этого и другие книги, наших, советских писателей - "Путь в глубину" Карпичева, "В глубинах 5 океанов" Проппа, книги Жака Кусто, но "Приключения под водой" для меня оказалась самой-самой.
Немного абстрагируемся и рассмотрим, какие системы обеспечения воздухом (и кислородом, разумеется) существуют.
Вентилируемая система.
Похожа на систему снабжения воздухом в нашем жилье. Свежий воздух заходит в жилое помещение, человек вдыхает этот воздух, с содержанием кислорода 21%, выдыхает тот же воздух, только кислорода немного меньше, на несколько процентов (если дышать медленно, то процент углекислого газа в выдыхаемом воздухе может достигнуть 4%, а кислорода 16% - не равенство из за плотностей углекислого газа и кислорода), который перемешивается с окружающим. Воздух из помещения, с несколько пониженным содержанием кислорода и повышенным углекислого газа выходит через вентиляцию.
С технической точки зрения - система крайне нерациональна. Человек использует очень незначительный процент кислорода, из проходящего через помещение. Поэтому объем проходящего воздуха - очень большой.
Водолазный скафандр, его система вентиляции устроена точно так же
Воздух под давлением, равным давлению на глубине плюс сопротивление шланга закачивается компрессором с поверхности в водолазный скафандр, и тут же выходит в воду через травящий клапан. От этого потока воздуха водолаз вдыхает совсем небольшую часть.
Система снабжения воздухом современного пассажирского самолета устроена точно так же:
Воздух для вентиляции салона отбирается от компрессора двигателя, охлаждается (несмотря на то, что за бортом -50 - адиабатное сжатие) и подается в салон и пилотскую кабину. Через настроенные на определенное давление клапана сбрасывается за борт.
На случай разгерметизации, когда падает давление воздуха и связанное с ним парциальное давление кислорода используются кислородные маски. Большинство людей без больших проблем переносят примерно двукратное снижение парциального давления кислорода, что соответствует высоте немного больше 4000 м высоты - это высота Приюта 11 на Эльбрусе, ныне сгоревшего. 4200 м. Автору доводилось там бывать, и неоднократно. Никаких проблем с дыханием не обнаружено. Да и выше то же.
Коснемся сразу данного "ответвления" системы снабжения воздухом (и кислородом):
Система обогащения кислородом.
Во вдыхаемый человеком воздух подается дополнительный чистый кислород, что повышает парциальное давление кислорода при общем низком давлении воздуха. Простейшая система - канюля, применяется на планёрах и лёгких самолетах
Кислородная маска пассажирского самолета, наверное, всем известна
Воздух вдыхается и выдыхается из пространства маски, которая прилегает неплотно, воздух входит и выходит через щели между маской и лицом. Процент обогащения кислородом при этом невысокий, как и в случае с канюлей, но и задача достаточно ограниченная.
У пилота пассажирского самолета маска более серьезная, плотно прилегает к лицу
При этом процент обогащения кислородом высокий, вплоть до 100% - дыхание чистым кислородом при пониженном давлении.
Самую хитроумную систему обогащения кислородом имеют военные лётчики - кислородная маска с повышенным давлением и ВКС - высотно компенсирующий костюм
В лёгкие кислород подается под избыточным давлением, а что бы не "порвать" лёгкие, тело пилота снаружи обжимается компенсирующим костюмом. Это - не герметичный скафандр, которые так же применяются при высотных полетах. А такая "хитрая" разновидность системы дыхания кислородом при повышенном давлении. Не имеющаа герметичного скафандра.
Альпинисты, совершающие восхождения на восьмитысячники, используют кислородные системы с максимально эффективным использованием кислорода, ввиду того, что лишний вес в данном случае - проблема.
Закончим вентилируемые системы дыхания аквалангом.
Баллон со сжатым воздухом, или обогащенным кислородом смесью (нитроксы, найтроксы), редуктор, маска или загубник. Вдох чистого воздуха или смеси из баллона, выдох в воду. В отличии от других вентилируемых систем воздух бесполезно мимо лёгких не проходит. Но используется только один раз.
И немного про нитроксы. Вот таблица
Оранжевые строки - потенциально опасное парциальное давление кислорода. Для гражданского использования превышать парциальное давление в 1,6 атм настоятельно не рекомендуется. Но немецкие военные используют парциальные давления кислорода до 2,4 атм, а российские - даже до 3,2 атм. Но к этому вернемся позже. Пока рассмотрим регенеративную систему.
Регенеративная система.
Выдыхаемые 16% (или даже больше) кислорода крайне желательно не выбрасывать, а использовать для дальнейшего дыхания. Для этого выдыхаемый воздух необходимо очистить от углекислого газа и добавить небольшой процент кислорода, взамен использованного.
Обратимся к приведенной в начале статьи книге
Процитирую отрывок из этой книги:
"........ Хотя Жюль Верн не был таким уж проницательным ученым, каким его иногда представляли, однако он, сам того не сознавая, способствовал усовершенствованию аппарата Рукейроля—Денейруза, упомянув о нем в романе; и в 1954 г., когда готовилось специальное оборудование для съемок фильма «Двадцать тысяч лье под водой», воздушный резервуар для аппарата построили из гораздо более прочного металла. Аппарат Рукейроля—Денейруза, как и аппарат Уильяма Джеймса, относился к типу автономного подводного снаряжения так называемого незамкнутого цикла дыхания. Это попросту означает, что воздух, выдыхаемый водолазом, не возвращается в резервуар, и выбрасывается как отработанный материал в море.
Количество выбрасываемого воздуха относительно велико, если учесть вообще ограниченную вместимость воздушного резервуара. Вдыхаемый нами воздух содержит лишь немногим менее 80% азота, немногим более 20% кислорода и около 0,03% углекислого газа. Воздух же, который мы выдыхаем, содержит около 80% азота, 16% кислорода и 4% углекислого газа. Если воздух не выпускать, а регенерировать, т. е. 16% использованного кислорода возмещать, а 4% углекислого газа удалять, то будет достигнуто значительное увеличение эффективности резервуара. Кислород можно накачивать в металлические баллоны так же, как воздух. Удаление углекислого газа производится путем поглощения его химикатами. Это и есть принцип автономного регенерационного снаряжения с замкнутым циклом дыхания.
Практически водолаз не дышит обычным атмосферным воздухом, а берет с собой баллон с кислородом. Он дышит тем, что носит с собой. Если в баллоне только кислород, он и дышит кислородом. Если он хочет дышать кислородом в соединении с азотом или другой смесью газов, то должен наполнить этой смесью баллон. Как мы увидим ниже, такой принцип нельзя считать идеальным, но он прост, удобен и до определенной степени дает нужные результаты. Подобный принцип был положен в основу аппарата, изобретенного в 1878 г. Генри Флюссом, двадцатисемилетним офицером торгового флота.
Лицо водолаза закрывала водонепроницаемая маска, а от нее к мягкому дыхательному мешку вели две трубки. Мешок в свою очередь соединялся с медным баллоном, наполненным сжатым кислородом, и коробкой с едким калием—поглотителем углекислого газа. Все это водолаз носил на спине. Вдыхал он чистый кислород, а выдыхал смесь кислорода с углекислым газом. Углекислый газ поглощался едким калием, содержавшимся в коробке, а очищенный кислород снова поступал в легкие. Израсходованное организмом количество кислорода возмещалось запасом, имевшимся в баллоне. Приток кислорода водолаз регулировал с помощью ручного клапана, установленного на баллоне. Автоматического редукционного клапана, подобного регулятору Рукейроля—Денейруза, не было. Система циркуляции воздуха была полностью замкнутой.
Во время первых испытаний аппарата, проводившихся в бассейне Политехнического института (Лондон), Флюсе находился под водой по часу. Затем он отправился на остров Уайта, чтобы испытать свой аппарат в море.
Друзья отвезли Флюсса на лодке в такое место, где глубина составляла восемнадцать футов. Перед спуском он прикрепил к себе свинцовые и железные грузы; к ногам прикрепил цепи. Все книги по медицине, которые он читал, указывали, что вдыхание чрезмерного количества кислорода вызывает лихорадочное возбуждение, поэтому, перед тем как надеть маску, он наполнил дыхательный мешок обычным воздухом. В баллоне, помещавшемся у него за спиной, был чистый кислород. Флюсе чувствовал себя настолько уверенным, что хотел спускаться без спасательного конца, но друзья убедили его отказаться от своего намерения.
Флюсе спустился на дно и пошел по нему. Друзья облегченно вздохнули, когда почувствовали, что спасательный конец натянулся. Но вдруг конец ослаб, и водолаза спешно вытащили наверх. Казалось, что он мертв. Потом начались судороги, Флюсе попытался выпрыгнуть из лодки. Друзья крепко держали его, пока он не успокоился. Когда он сел, у него началась рвота с кровью. Потом все постепенно прошло. Через неделю Флюсе снова нырял.
Спуски были достаточно безопасны, так как аппаратура действовала вполне нормально. Правда, он едва не погиб тогда, но не по вине аппаратуры, а из-за собственной любознательности. Находясь на дне, он задал себе вопрос: что произойдет, если прекратить подачу кислорода? Чтобы узнать это, он решил попробовать. И сразу же потерял сознание. Последовавшая кровавая рвота явилась результатом того, что во время очень быстрого подъема Флюсса на поверхность сжатый кислород внезапно расширился и распер его легкие.
Причиной, побудившей Флюсса сконструировать кислородный аппарат, явилось его желание посмотреть, что происходит в глубине моря. Он не ожидал, что его изобретением для этой же цели воспользуются другие люди, не говоря уже о профессиональных водолазах. Он считал, что его аппарат может быть полезен и в шахтах, когда воздух в них отравлен ядовитыми газами. Флюсе передал свой проект фирме «Зибе, Горман и К°», и та построила аппарат именно для этой цели. Испытания аппарата прошли успешно. Он был применен на шахтах Сиэма в 1880 г. и в Киллингворте в 1882 г., после происшедшей там аварии. В обоих случаях аппарат Флюсса служил как автономный респиратор или противогаз......."
Конец цитирования.
Как видите, даже первые испытания кислородного аппарата производились на глубине 18 футов - примерно 6 м. Давление при этом составляло 0,6 атм избыточных, или 1.6 атм полных. Если снова обратим внимание на ранее приведенную таблицу, то увидим, что это совпадает с пределом безопасного погружения на чистом кислороде для невоенного подводника.
Современные "последователи" кислородного изолирующего аппарата замкнутого цикла - аппараты серии ИДА (изолирующий дыхательный аппарат)
Для коммерческого использования (дайвинга) иногда используются так называемые ребризеры, но не чисто кислородные, а найтроксные, которые имеют минимум отличия от кислородных
Но благодаря использованию нитрокса (или найтрокса, используются оба написания этого слова) аппарат позволяет погружаться несколько глубже, при бОльшей безопасности. Его схема:
Возможность использования чистого кислорода никуда не пропала, и в том же аппарате могут использоваться как найтрокс или тримакс, так и чистый кислород.
Наши умельцы из обычного акваланга делали полузамкнутый ребризер - об этом писал журнал "Спортсмен-подводник". У него была такая особенность - так как использовался воздух - то на поверхности, при давлении близком в 1 атм парциальное давление кислорода было ниже земных 0,2 атм. Потому высокие физнагрузки не рекомендовались. По мере погружения росло общее давление, и парциальное давление кислорода вырастало до нормального.
Современным рекреационным дайвингом (всяческие подводные прогулки) в настоящее время занимается масса народа. Главное - наличие денег. Потому ныряют все, включая откровенных "задохликов". Кислородное отравление под водой - штука крайне неприятная (на поверхности - судороги и потеря сознания, но вероятность того, что останешься жив - высокая) - можно банально утонуть - были разработаны так называемые "кислородные лимиты"
Как видим, при парциальном давлении кислорода в 0,6 атм разовый и суточный лимит составляет 720 минут - 12 часов.
При парциальном давлении кислорода в 1 атм (дыхание чистым кислородом на поверхности, при обычном атмосферном давлении) - это 300 минут или 5 часов.
Эти "лимиты" - повторюсь - ориентированы на современных "задохликов", так же как и гражданские нормы по предельному парциальному давлению кислорода.
Глубоководные подводные аппараты используют только регенеративную систему, поскольку отработанный воздух выпускать некуда - снаружи очень высокое давление, а внутри - обычное атмосферное. Это и батисферы
или их более современные разновидности малой глубины - гидростаты, это так же батискафы
или их беспоплавковые (не всегда и не совсем беспоплавковые) современные версии.
В таких глубоководных аппаратах подводники и исследователи дышат обычным воздухом при обычном давлении. Углекислый газ поглощается химпоглотителем, аналогично выше приведенным кислородным дыхательным аппаратам, кислород добавляется из баллонов. Лишняя влага, выделяемая при дыхании, конденсируется на холодных поверхностях.
А азот? - спросите вы.
Азот не расходуется - он "берется" с поверхности, до начала погружения.
Прошу прощения у моих постоянных читателей - вступительная часть получилась весьма затянутая - хочется о многом рассказать, что бы была видна логическая связь.
Потому - продолжение в следующей части.
