Я достаточно подробно освещаю вопросы, которые, вроде бы, не имеют прямого отношения к полетам "Аполлонов". Делаю это затем, что бы минимизировать различные заблуждения, широко распространяемые как "могликами", так и "немогликами".
Вот типичный пример.
В комментариях к статье "Кинооператора" за номером 175, некто с ником "Снайпер" (очень похож на Николаева-Шевцова) с апломбом пишет:
" Я уже одного из Ваших НАСА хиви поставил в угол и публично высек. Мах7 Мах не даст соврать, как я его прокатил с чистым кислородом в 1 атм при посадке в Сатурн 5.
У него астронавты таким кислородом дышали 2,5 часа. Хотя по медицинским показателям чистый кислород при 1 атм смертелен, если им дышать 10 -15 мин."
На что я ему мягко возразил, что он неправ, и чистым кислородом при атмосферном, и даже несколько повышенном давлении дышат уже давно и без последствий.
Указанный "персонаж", разразился серией оскорблений в мой адрес, и в качестве убойного аргумента привел статью с сайта "Уралкриогаз", которые продают газы, баллоны и прочее оборудование.
Нормальный сайт, но ни к медицине, ни к физиологии никакого отношения не имеет.
Я прочел указанную статью, и обратил внимание вышеуказанного персонажа на два противоречия в статье - как будто начинал писать один человек, а заканчивал другой. Или, что более вероятно, написал ее один человек, а потом, на всякий случай, дабы снять с себя всякие риски сделали приписку.
Цитата:
"При превышении парциального давления О2 в 1,8 атмосфер и длительной экспозиции газ становится токсичным и для легких, и для головного мозга, в результате нарушении биохимического баланса клеток, в первую очередь, нервных клеток мозга. В результате наступает кислородное отравление."
Про допустимые парциальные давления и кислородные лимиты сказано в первой статье из этой серии - оно совпадает с этой цитатой.
И то самое дополнение/приписка:
"При обычном давлении, если чистым кислородом дышать дольше 10–15 минут, можно смертельно отравиться. Только при очень низком атмосферном давлении чистым кислородом можно дышать долго."
Напомню - кислородный лимит чистого кислорода при давлении в 1 атм - 300 мин.
То есть те, кто в статью на сайте "Уралкриогаз" сделали "дополнение" - не сильно погрешили против истины - ведь и 400 мин, и даже 350 мин - точно больше 10-15 мин. Это очень похоже на всякие современные "соглашения" о персональной информации, в особенности банковской, заканчивающиеся потом всякими "аферами" - а виноват пользователь, он же принял "соглашение".
Можно ли верить подобной информации? Про 10-15 мин в атмосфере с 1 атм кислорода и все, труп? Можно. Только нюанс - как говорится "или трусы, или крестик". Если верите, без проверки, всему, что написано "в интернетах", то верьте заодно и официальной версии полетов американцев на Луну - об этом же то же "в интернетах" очень много написано....
Пожарная опасность в кислородной среде.
Горение в воздухе, горение в кислороде при его различных концентрациях - тема очень обширная, не менее обширная, чем физиология дыхания кислородом и смесями, рассмотрим ее насколько сможем подробно. А начнем со взрывов баллонов.
Почему и как взрываются кислородные баллоны?
Почти все знают, что кислородные баллоны могут взрываться. Взрываться с тяжелыми последствиями.
Знающих, как и почему это происходит, гораздо меньше.
Пневматический взрыв.
Лопнул воздушный шарик
В исходном состоянии была растянутая латексная оболочка и сжатый, под очень небольшим давлением (менее 0,1 атм) газ - воздух. При повреждении оболочки (проткнули острым предметом) - это повреждение становится концентратором напряжения и маленькое отверстие разрастается в разрыв на всю длину шарика. Точно так же может получится, если шарик надули сильнее, чем надо - где тонко, получился разрыв, и этот разрыв очень быстро распространяет на весь размер шарика
Сжатый воздух быстро расширяется - формируется слабенькая ударная волна, которую мы воспринимаем как "хлопок" лопнувшего шарика.
В сейсморазведке (как правило, под водой) вместо взрывчатки часто используется импульсный невзрывной источник сейсмических колебаний, в котором энергоносителем служит сжатый (до 150 МПа и более) воздух.
Мощность пневматического "взрыва" зависит от давления и объема сжатого газа. У вышеприведенного устройства рабочий объем около 2 л.
Любой баллон со сжатым газом - подобен этому устройству, только из за бОльшего объема - может иметь бОльшую мощность.
Повреждение поверхности баллона со сжатым газом на определенную глубину может стать концентратором (как прокол воздушного шарика) и вдоль баллона пойдет разрыв металла, открывающего большую площадь и случится "пневматический взрыв".
Так как материал баллона работает на растяжение, то после длительного использования (большого количество циклов нагружения) может образоваться усталостная трещина, которая так же приведет к разрыву баллона с аналогичными последствиями. С большой долей вероятности это произойдет при опрессовке, и никто не пострадает. Но может произойти при заправке баллона на заправочной станции. И наименее вероятно, что это произойдет у пользователя. Но если баллон ронять, ударять, бросать - такое может случится и при перевозке или при использовании.
Взрыв от нагрева.
Уравнение Менделеева-Клапейрона, или иначе, уравнение идеального газа
pV=vRT, давление в замкнутом объеме пропорционально абсолютной температуре.
Если баллон со сжатым газом нагревать - то давление будет расти.
На сколько или во сколько?
Сначала посмотрим на такой знакомый всем (со сжатым в баллонах газом не каждый знаком, а понаблюдать за его давлением при изменении температуры - удается вообще единицам) типичный автомобильный пример. Накачали шину в холод, а тут стало тепло, и даже жарко. Давление в шинах выросло. Надо снизить.
Возьмем крайний температурный случай - было -30, а стало +30. Такое малореально, сегодняшние быстрые перепады температур ограничиваются, как правило, 30 градусами (неделю назад у нас в Твери опускалась температура до -28 градусов, а теперь идет потепление +2 или даже +3) - но очень показательно.
Нормальное давление в шине Эскалейда, который на фото, 2,4 атм.
При - 30 цельсия абсолютная температура - 243 К. +30 соответствует 303 К. Температура увеличилась на 60/243 - примерно на 1/4 или 1,25 раза. То есть давление вырастет примерно на ту же 1/4 и составит 3 атм.
Более реальный перепад в 30 градусов увеличит давление на 1/8 - 2,7 атм. При охлаждении - ситуация обратная.
Баллоны заправляют газом при постоянной температуре (обычно близкое к +15), и в дальнейшем их никто не "подкачивает".
На сколько надо нагреть баллон, что бы давление выросло в 2 раза - со 150 атм, до 300 атм? Если за отправную точку взять +15 градусов, то абсолютная температура - 288 К. Увеличиваем в два раза - 576 К. Вычитаем 273, для перехода к Цельсиям - 303 градуса.
Кислородные баллоны (да и всякие другие, для хранения сжатых газов) при освидетельствовании опрессовываются давлением, в полтора раза превышающее рабочее. Могут и несколько большим, но по нормам Р(исп)=1,5Р(раб). Баллон после освидетельствования имеет, как минимум, полуторный запас прочности. В процессе эксплуатации на нем могут появляться повреждения, коррозия, что снижает запас прочности, и к следующему освидетельствованию он может прийти с меньшим запасом.
Нагрев баллона с кислородом может быть столь значительный, что напряжения в стенках баллона от выросшего давления превысят предел прочности и баллон взорвется
Сила взрыва (мощность взрыва) зависит от объема газа и давления газа. Так как при нагреве давление может вырастать в разы, то так же в разы вырастает и мощность взрыва, в сравнении с обычным "пневматическим взрывом" от простого механического повреждения баллона.
Настоящий взрыв кислородного баллона.
Чистый кислород сам по себе не горит и не взрывается - только в смеси с горючим. Чистый кислород в баллоне не может взорваться. Даже если горение дошло (по шлангу) до самого баллона.
Для настоящего взрыва кислородного баллона необходимо, что бы в нем была смесь, которая может гореть или взрываться.
Откуда она там образуется?
Все от обычной халатности. Нормальная эксплуатация кислородного баллона после освидетельствования - в нем всегда чистый кислород. Минимальное остаточное давление кислорода, когда баллон отправляют на заправку - 2 атм. Что то извне туда попасть не может.
Но в некоторых случаях, при неисправных редукторах кислородный баллон может быть выработан "в ноль", а пропан по кислородному шлангу "обраткой" может попасть в кислородный баллон, в небольшом количестве.
Если на заправке такой баллон никак не проверят, то пропан в баллоне так и останется и к нему добавится кислород.
Концентрация пропана в кислороде будет низкая и без нагрева ничего не произойдет, а далее возможны разные варианты.
Баллон может быть выработан без последствий.
На баллон может быть установлено уплотнение (между баллоном и редуктором) со следами масла. При подаче кислорода и попадании его на уплотнение может быть вспышка - этого масла на этом уплотнении. От этой вспышки - горение или детонация в баллон и его разнесет на много мелких частей - гораздо сильнее, чем при взрыве от нагрева или пневматическом взрыве.
Реально происходящие взрывы баллонов часто имеют несколько исходных причин - комбинацию вышеперечисленных, к которым добавляется возгорание промасленных ветошей/рукавиц (перчаток)/спецовок в кислороде и ряд других. Рассмотрим это немного позже.
Теперь немного про "Аполлон".
Шуточно.
Навеяно комментариями читателя и подписчика с ником "Андрей Б".
Что естественно - то не безобразно. Некоторое время назад были две статьи о "туалетном вопросе".
Бытовые вопросы космического полета. Часть 3 (туалет)
Андрей Б задал вполне резонный вопрос - длительное пребывание в замкнутом малом объеме трех человек - а если "кишечные газы"? Метеоризм?
Для экипажа это неприятно - так же, как и летающие по кабине корабля "какашки". А есть ли реальная опасность?
"Кишечные газы" могут содержать горючие компоненты - метан (от 0 до 26 процентов), водород (от нуля до 47 процентов), сероводород в малом количестве. Объем в сутки у здорового человека - до 0,5 л. При пониженном давлении объем пропорционально больше - до 1,5 л в атмосфере "Аполлона". При кишечных расстройствах - во много раз больше. До 3 л при атмосферном давлении.
Медицине эта проблема известна, с ней борются правильной диетой, лекарственными препаратами, адсорбентами.
Но все же... В космосе всякое может случится. При полете к Луне и обратно. Невесомость. Естественной конвекции нет. Есть вентиляторы. Но за панелями приборов - застойные зоны, куда циркуляция не достигает. За панелями приборов - контакты, которые при замыкании и размыкании могут давать искру.
В этой застойной зоне может образоваться смесь из кислорода и горючих газов - так "звезды сойдутся". И - неожиданно, как всегда - искра...
Это не взрыв кислородного баллона, но хорошего то же мало.
Настоящие разработчики должны это предусмотреть.
Кислород убрать нельзя - он уже есть.
Горючие газы убрать почти полностью можно - но тут дело случая или везения.
Значит надо убрать все потенциально искрящее.
Для этого все приборы, оборудование выполнить во взрывозащищенном исполнении
Какая масса приборного оборудования получится в этом случае? И, как в анекдоте: "а теперь со всем этим мы попробуем взлететь".
А ведь кислородная атмосфера, по официальной версии, использовалась как раз для снижения массы.
И рассмотрен только один, довольно шуточный, потенциальный фактор "нештатной ситуации".
От шутки - к серьезному.
В кислородной атмосфере хорошо горят не только горючие газы, но и многие твердые вещества. Не только могут гореть, будучи подожженными искрой или иным источником огня, но и самовозгораться при повышенных температурах. Эти температуры у ряда веществ не сильно высокие, а при повышенном парциальном давлении кислорода еще и дополнительно снижаются.
Продолжим рассмотрение вопросов горения в следующей части.