Давление в космосе
Это происходит из-за уменьшения орбитальной скорости и плотности газа. Дата обращения: 15 марта До поверхности Земли доходит только вторичное космическое излучение, интенсивность которого почти в 50 раз меньше первичного. Разворачивание ML-модели в Docker» Дата 25 марта.
Следовательно, расстройства, возникающие у человека при резком падении барометрического давления, могут привести к возникновению сильных, иногда труднопереносимых болей и к резкому нарушению работоспособности, при этом не может быть исключено появление и более тяжелых расстройств с полным нарушением функций организма.
Таким образом, падение барометрического давления представляет серьезную опасность для космонавтов и заставляет специалистов разрабатывать соответствующие защитные приспособления.
В герметической кабине космического корабля или спутника барометрическое давление воздуха чаще всего поддерживается на уровне мм рт. Однако если по техническим условиям необходимо уменьшить давление, то имеется возможность снизить его до мм рт. Недостаток кислорода, возникающий при указанном давлении, легко компенсировать увеличением его процентного содержания в воздухе.
При этом следует учитывать неблагоприятное влияние не только недостатка, но и избытка кислорода во вдыхаемом воздухе. Экспериментально подтверждается, что длительное дыхание чистым кислородом иногда может привести к нарушению различных функций организма. В частности, нередко развиваются нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы и повреждения органов дыхания отек, воспаление легких. Из этого следует, что, какой бы уровень давления ни был принят для герметической кабины, парциальное давление кислорода в ней не должно превышать мм рт.
Таким образом, наиболее серьезным вопросом при полете человека в космос является обеспечение экипажа кислородом, так как при подъеме на высоту одновременно со снижением атмосферного давления уменьшается давление составляющих воздух газов: кислорода, азота, углекислоты. Снижение поступления кислорода в организм с подъемом на высоту приводит к развитию так называемой высотной болезни, которая проявляется у здоровых людей с м, а на высотах более 12 м уже через с наступает потеря сознания.
Для предотвращения этих нарушений в космическом полете космонавт должен находиться в тщательно изолированной герметической кабине, которая будет защищать его от кислородного голодания и других вредных факторов окружающей внешней среды.
Более или менее нормальные условия для дыхания человека во время полетов в космическом летательном аппарате могут быть созданы только при условии, если в кабине космического корабля будет поддерживаться давление не ниже мм рт. В связи с этим ученые обосновали необходимость использования кабин регенерационного типа, т. Большую опасность для космонавта представляет нарушение целостности герметической кабины в случае ее пробоя, к примеру метеором.
Если экипаж корабля не будет одет в защитную одежду, то в зависимости от размеров отверстия в кабине космонавты через секунд потеряют сознание. Поэтому при полетах в мировое пространство для большей безопасности космонавты должны быть одеты в специальные скафандры.
Герметическая кабина должна иметь отдельные отсеки. При разгерметизации отсека космонавты в скафандрах смогут перейти в другой отсек или же устранить повреждение. В скафандре можно выполнять работу вне кабины. В условиях взрывной декомпрессии, протекающей за доли секунды, возможны, кроме того, разрывы тканей и сосудов внутренних органов со всеми вытекающими последствиями. Так вследствие разгерметизации кабины космического корабля "Союз" при спуске его с орбиты в т. Добровольского, В. Волкова и В.
Космическое излучение. Верхние слои атмосферы нашей планеты непрерывно бомбардируются потоками атомных ядер, движущимися с огромными скоростями и носящими название космического излучения.
Абсолютное количество таких частиц невелико, но они обладают большими энергиями, измеряемыми миллиардами электрон-вольт. Большинство несущихся из мирового пространства ядер не достигают поверхности Земли. Они, сталкиваясь с ядрами атомов газов атмосферы, образуют так называемое вторичное космическое излучение. До поверхности Земли доходит только вторичное космическое излучение, интенсивность которого почти в 50 раз меньше первичного.
Космическая радиация, как и всякая другая радиация, проникая в вещество, отщепляет от атомов вещества электроны; в результате этого образуются положительные и отрицательные ионы. Поэтому космическое излучение, как и рентгеновское, относится к ионизирующим излучениям. Клеточные структуры, ткани живого организма повреждаются при действии радиации, так как происходит образование ионов, нарушающих нормальное течение биохимических реакций живого организма.
Космическое излучение почти на три четверти состоит из ядер водорода - протонов. Ядра гелия, или альфа-частицы, составляют около одной четверти, а на остальные ядра химических элементов приходится около одного процента всех космических частиц. Первичная космическая радиация при действии на организм может вызвать ионизацию, эквивалентную рентгеновскому излучению 0, Р в сутки. Если же принять, что относительная биологическая эффективность космической радиации в 10 раз выше обычной радиации рентгеновской , то действие ее будет эквивалентно 0,05 Р в сутки, или 0,35 Р в неделю, что превышает допустимые нормы и, естественно, должно насторожить врачей.
Во всяком случае, при длительных полетах в мировое пространство эти явления необходимо строго учитывать, а биологическое действие космического излучения - самым тщательным образом изучать.
При обеспечении полетов спутников интенсивность облучения можно значительно снизить путем правильного выбора трассы и времени полета.
Космические частицы, как и все другие движущиеся заряженные тела, могут отклоняться магнитным полем Земли. Магнитные силовые линии земного магнитного поля в экваториальных широтах располагаются примерно параллельно земной поверхности, а в полярных широтах - перпендикулярно ей. В результате космические частицы в зоне экватора, пересекая магнитные силовые линии, значительно отклоняются, тогда как идущие к северному и южному магнитным полюсам движутся вдоль этих линий в большом количестве и достигают поверхности Земли.
С незапамятных времен человечество знало, что Солнце излучает свет и тепло, но только в XX веке ученым удалось получить первые сведения о более коротковолновых излучениях Солнца - ультрафиолетовом и корпускулярном. Большая часть этого излучения с длиной волны от 10 до миллимикрон не в состоянии проникать через толстые слои вещества, например через стекла иллюминаторов, и поэтому совершенно безвредна для людей, находящихся в кабине.
Однако указанная радиация, интенсивно действуя на поверхностные слои вещества в условиях глубокого вакуума мирового пространства, может разрушать молекулы ткани и материала, из которых изготовлены скафандр и кабина. Эти обстоятельства необходимо учитывать и делать скафандры из ткани, наиболее устойчивой к действию ультрафиолетовых лучей, ограничивать срок службы скафандров, а кабины изготавливать из самых прочных материалов.
Помимо описанной радиации от Солнца исходят лучи с длиной волны менее 10 миллимикрон, и они мало чем отличаются от самых мягких рентгеновских лучей, образуя так называемое корпускулярное излучение Солнца. При длительном действии корпускулярная радиация может повредить ткань скафандра, а проникая в подскафандровое пространство, может вызвать образование озона, вредного для человека.
Чтобы снизить влияние на человека ультрафиолетового, рентгеновского и корпускулярного излучений Солнца, вероятно, потребуется делать скафандры из более плотной ткани, чем это необходимо по соображениям прочности, и ограничивать время пребывания космонавтов вне гермокабины ракеты. Для предотвращения воздействия на космонавтов данного фактора осуществляется прогнозирование радиационной обстановки. С учетом результатов прогноза выбирается дата старта транспортного пилотируемого корабля.
Из приведенных данных следует, что влияние на человека ионизирующего излучения, особенно космической радиации, изучено недостаточно. Для обеспечения безопасности длительных космических полетов необходимо изучить влияние космической радиации сначала на простейшие живые организмы микробы, дрожжевые клетки , растения, насекомых и животных.
Только при получении результатов научных исследований на животных, особенно при длительных космических полетах, можно дать научно обоснованный ответ о радиационной опасности и обеспечить космические полеты человека. Метеорные тела. В безоблачные ночи нередко можно наблюдать «падающие звезды» - метеоры, которые быстро проносятся по темному небосводу. Это происходит вследствие их проникновения в пределы атмосферы. Вслед за метеором тянется след - поток ионизированного газа. Встреча с метеорными телами может представлять определенную опасность и для космического корабля.
В самом деле, скорость движения метеора в раз превышает скорость движения пули, а потому для защиты от него потребуется куда более мощная броня, чем для защиты от пули.
Пространственная плотность более мелких метеорных частиц массой в десятки миллиграммов несколько выше. Следовательно, вероятность встречи космического корабля с метеорным телом тем больше, чем меньше размеры метеорного тела. Опыт полетов советских спутников Земли показал, что метеорная опасность не так велика, как можно было бы предположить на основании теоретических расчетов. Вместе с тем и недооценивать ее нельзя.
Поэтому данные об интенсивности метеорных потоков представляют особую важность при конструировании космических кораблей и выборе их орбиты. Опасность столкновения с аппаратом представляет и большое количество находящихся в космосе космических объектов искусственного происхождения.
Защита космического корабля от небольших метеорных частиц может быть обеспечена достаточно прочной оболочкой. Если же встреча корабля с метеорным телом произойдет и целостность обшивки будет нарушена, это может повлечь за собой разгерметизацию кабины. Учитывая это, необходимо предусмотреть защиту экипажа от резкого изменения барометрического давления и недостатка кислорода. Влиянию на человека низких и высоких температур посвящено много исследований в нашей стране и за рубежом. При умеренных колебаниях температуры внешней среды организм человека автоматически поддерживает внутреннюю температуру на постоянном уровне.
Однако резкие изменения температуры ее повышение или понижение отрицательно сказываются на состоянии человека. Одной из причин повышения температуры внутри космического аппарата может быть пожар. Необходимо учитывать не только непосредственные причины пожара, но и потенциальную опасность его возникновения, которая может возрастать в результате выбора состава атмосферы кабины космического аппарата с большим содержанием кислорода или в связи с использованием легковоспламеняющихся материалов.
Существуют допустимые значения продолжительности воздействия высоких температур, а также пребывания человека в воде без спецодежды в зависимости от температуры воды, по истечении которых с высокой вероятностью наступает потеря сознания или смерть.
Наиболее действенной мерой при резких изменениях внешней температуры является использование одежды, которая должна иметь как можно больше слоев и быть плотнее прижата к телу. Из этого следует, что если неблагоприятный температурный фактор действует продолжительное время, то у человека резко снижается переносимость всего комплекса факторов космического полета.
Следовательно, для человека в кабине космического аппарата необходимо поддерживать оптимальные температурные условия. Приведенные данные о физическом состоянии космического пространства свидетельствуют о том, что оно является средой, непригодной для обитания человека и животных без защитных мероприятий.
Вторая группа объединяет факторы, которые обусловлены самим полетом на ракетном летательном аппарате шум, вибрации, ускорение и невесомость. Шум и вибрации. О влиянии на человека шумов имеется достаточное количество научных данных, которые позволяют надеяться, что при разработке космического корабля можно будет провести тщательную звукоизоляцию и снизить уровень шума в кабинах.
При этом необходимо учитывать, что шумы будут наиболее интенсивными на активном участке полета, т. Влияние вибрации на космонавтов на активном участке выведения космического корабля на орбиту изучено достаточно хорошо. Имеется целый ряд конструктивных предложений амортизаторов, снижающих действие вибраций на человеческий организм. Практически так же, как ускорение, вибрация и шум связаны главным образом с фазами запуска двигателей космического корабля или их работы во время полета.
Их источниками являются работа ракетных двигателей, их сотрясение, перемещение топлива в цистернах-баках, атмосферные потоки и турбулентность атмосферы, а также аэродинамические удары при преодолении космическим кораблем звукового барьера. При полете с выключенными двигателями шум и вибрация почти исчезают, так как в этом случае их порождают лишь импульсные двигатели управления ориентацией космического корабля в пространстве, различные электромоторы и система радиосвязи.
Шум и вибрация вызывают ощущение дискомфорта, раздражение, тошноту и другие неприятные ощущения. Характерно появление чувства тревоги и страха, удушья, болей в области живота и позвоночника, общего утомления, затрудненного дыхания, головной боли, зуда и глухоты. Вредное действие вибрации на организм человека имеет механическую природу, по крайней мере, в диапазоне тех частот колебаний, которые возникают во время космического полета.
Очевидно, нарушается нормальное протекание процессов как в отдельных клетках, так и в органах в целом. В частности, вибрация влияет на анафазу, т. Советские биологи в своих экспериментах подвергали вибрации, характерной для работы ракетного двигателя, мышей и установили значительное возрастание количества анафазных формаций в спинном мозгу уже через день после опыта.
Процент анафазных формаций достиг максимальной величины 9,79, в то время как у контрольной группы животных он составлял 2, Если бы механические повреждения на клеточном уровне происходили в большем масштабе, то вибрация во время космического полета стала бы серьезной проблемой.
Дело в том, что человеческое тело и его отдельные органы имеют, к сожалению, собственные резонансные частоты, лежащие в том же диапазоне, что и частоты ракетоносителей. Так, космический корабль «Аполлон» с ракетоносителем «Сатурн-5» имеет основную резонансную частоту около 4,5 гц. После отделения двигателей первой ступени резонансная частота космического корабля с двигателями второй и третьей ступеней составляет примерно 6 гц, а частота третьей ступени ракетоносителя с космическим кораблем будет уже около 9 гц.
Это очень важно, так как резонансная частота тела человека в зависимости от его положения и способа фиксации лежит в диапазоне от 3 до 12 гц. А отдельные органы имеют более высокие собственные резонансные частоты. Когда космический корабль вибрирует на какой-либо из этих частот, вибрация соответствующих органов человека резонансно увеличивается, эти органы деформируются, смещаются или теряют фиксацию, то есть происходит их механическое повреждение.
Однако до этого в большинстве случаев возникает ощущение дискомфорта. Пилоты космического корабля «Джемини» при частоте колебаний 50 гц не могли считывать показания приборов, так как именно при этой частоте начинают вибрировать глазные яблоки и глаза словно застилает пеленой. О колоссальных уровнях шумов, генерируемых крупными космическими ракетами, дают представление некоторые цифры. Так, ракета «Сатурн-5» при тяге около 3 млн кг на уровне моря в течение 2 мин генерирует почти млн Вт звуковой энергии.
Показательно, что количество звуковой энергии, генерируемой реактивным самолетом «Боинг», в четыре с лишним тысячи раз меньше. Когда ракета набирает скорость, это вызывает дополнительный шум. После 60 сек полета основную часть шума снаружи корабля вызывает обтекающий его воздушный поток. Это происходит на й секунде полета на высоте около 13 км. Шум в дБ может вызывать механические повреждения и необратимую глухоту в результате разрыва барабанной перепонки и смещения слуховых косточек в среднем ухе.
При дБ человек ощущает сильную боль, а продолжительное воздействие шума в дБ может привести к повреждению слухового нерва. Физиологическое воздействие на человека низкочастотных шумов изучают на специальных установках.
Основная ее часть — цилиндрическая камера диаметром 7,3 м и длиной 6,4 м. Один конец камеры оборудован поршнем диаметром 4,3 м, его приводит в движение гидравлический силовой привод, управляемый электронно-вычислительной машиной.
Другой конец камеры закрывает подвижная стенка, с помощью которой осуществляют акустическую настройку камеры. В камере можно создавать шум с уровнем до дБ при частоте ниже 3 Гц. В пилотируемом космическом корабле шумы опасны не только тем, что воздействуют на органы слуха космонавта. При уровне шума дБ наступают серьезные ухудшения в речевой связи и радиосвязи.
Эксперименты показывают, что речь говорящего становится значительно менее разборчивой, если к вибрации в диапазоне Гц добавляются хаотические шумы. Кроме того, шум в 60 дБ и свыше вызывает торможение нормальных сокращений желудка и кишечника, а также уменьшает выделение желудочного сока и слюны. Поэтому при создании космического корабля «Аполлон» стремились снизить шумы настолько, чтобы максимальный их уровень после окончания фазы полета с выключенными двигателями не превышал 55 дБ в диапазоне частот Гц.
В лунном отсеке «Аполлона» уровень шума составляет 80 дБ, а в диапазоне частот Гц снижен до 55 дБ. Шумы иной интенсивности и частотной характеристики также оказывают нежелательное физиологическое воздействие на человека, значительно снижая его работоспособность и мешая сосредоточиться.
Например, советская женщина-космонавт В. Терешкова во время полета на космическом корабле «Восток-6» установила, что ее внимание особенно отвлекал шум вентилятора с интенсивностью 76 дБ и частотой Гц. Уровень шума в командном отсеке корабля «Аполлон» на й секунде полета составляет дБ. Уровень внешних шумов при прохождении их сквозь обшивку космического корабля снижается до дБ.
Кроме того, они глушатся шлемом скафандра. Интенсивность шумов снаружи и внутри космического корабля в первые две минуты после запуска показана на приведенном здесь графике.
Уровень шума сразу после запуска советских кораблей «Восток-5» и «Восток-6» достигал дБ, но гасился шлемом космонавта до 18 дБ. Принимая во внимание все эти факты, можно сделать вывод, что вибрация и шум не составляют основных проблем при разработке программ пилотируемых космических кораблей. Влияние шума, генерируемого ракетоносителем, невелико, так как корабль быстро отделяется от ступеней с работающими двигателями, и шумы глушатся не только окружающим воздухом, но и обшивкой корабля.
Аналогично этому вибрация велика лишь в первые минуты полета корабля с ускорением и во время входа его в плотные слои атмосферы. В эти короткие промежутки времени вибрация не вызывает у человека значительных функциональных сдвигов. По мере накопления научных данных эти опасения рассеялись. Каждый человек перемещается с огромной скоростью вместе с Землей и этого не ощущает. Таким образом, на организм человека влияет не сама скорость, а ее изменение. Изменение скорости по величине или направлению в единицу времени называют ускорением.
При ускорении все тела, в том числе тело человека, испытывают влияние механических сил. Между силой и ускорением имеется прямая зависимость: действующая на тело сила равна произведению массы тела на ускорение.
Поэтому принято говорить о влиянии на организм человека ускорений, понимая под этим действие механических сил, изменяющих скорость или направление движения. Изучая функциональные изменения, происходящие у животных и человека под влиянием ускорения, обычно измеряют те силы, с которыми человек действует на свою опору.
Эти силы действуют в направлении, противоположном ускорению, и равны по своей величине силе, которая приложена к телу человека. Поэтому, рассматривая условия старта космического корабля, необходимо, прежде всего, рассчитать или определить величину силы, с которой космонавт будет давить на кресло, пол кабины и т.
Это создает дополнительную нагрузку для организма человека, вызывая те или иные деформации. Отношение силы, с которой тело давит на опору, к весу данного тела принято называть перегрузкой и говорить о действии перегрузок.
В зависимости от направления действия перегрузок различают перегрузки, направленные вдоль тела продольные , перпендикулярно продольной оси тела - от груди к спине или от спины к груди поперечные , а также справа налево или слева направо боковые. Иногда продольные перегрузки делят на положительные, когда перегрузки действуют в направлении от головы к ногам, и отрицательные, когда они направлены от ног к голове.
В зависимости от времени действия принято различать перегрузки ударные и длительные.
При старте космического корабля до момента его выхода на орбиту на человека действуют перегрузки продолжительностью несколько минут. При таких условиях, чтобы удалиться от Земли на расстояние км, необходимо иметь большие запасы топлива на борту, что скажется на размерах ракеты и уменьшит ее полезный груз, т.
Конечно, этого можно избежать путем сокращения периода разгона ракетной системы и увеличения его скорости. Таким образом, известную экономию полезных размеров и массы космического корабля можно получить путем уменьшения времени разгона с 9,5 до 4,5 мин. Тогда действующие на космонавтов перегрузки увеличатся в 3,,5 раза. С целью экономии расхода горючего было бы желательно дальнейшее увеличение ускорения космического корабля на участке разгона ракетной системы.
Однако увеличивать ускорение корабля безгранично нельзя, так как это связано с определенной устойчивостью человеческого организма к действию перегрузок. Живые существа обладают различной устойчивостью к перегрузкам. Подобный факт был отмечен еще К. Циолковским, установившим, например, что тараканы-пруссаки легко выдерживают даже кратное увеличение своего веса, а цыплята - кратное и более. Исследования на собаках показали, что эти животные выживают даже при 5-минутном воздействии кратных поперечных перегрузок.
Физиологические пределы переносимости перегрузок для человека несравненно ниже. Действие перегрузок тем значительнее, чем больше их абсолютная величина и продолжительность. Если при старте ракеты человек будет размещаться так, что его голова и туловище будут обращены в сторону движения, он испытает воздействие продольной перегрузки, направленной от головы к ногам.
Именно по этой причине в большинстве случаев космические аппараты и сходят с орбиты. А ещё есть зависимость от размера и расстояния. Чем больше объект, тем сильнее молекулы газа тормозят его и чем дальше от линии Кармана, тем меньше их влияние. Это происходит из-за уменьшения орбитальной скорости и плотности газа. Интересно, что молекулы земной атмосферы были найдены даже на орбите Луны. Абсолютный вакуум по определению - пространство, свободное от вещества.
И даже находясь в отдалении от планет вы не сможете достигнуть давление равное нулю. Солнце излучает множество элементов, спектров и веществ. В пример можно взять обычный солнечный свет - фотоны. Это точно такое же вещество как и любой другой объект тот же газ.
Фотонное давление пытались использовать в технологии светового паруса и это даже получалось. Так что следуя из всего этого, можно понять, что везде космосе очень маленькое давление, но оно никогда не будет равно нулю то есть абсолютные вакуум.
Теперь Кью работает в режиме чтения Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя. Какое давление в космосе?
