Игорь Бубнов - Обитаемые космические станции
Некоторые полированные металлы (нержавеющая сталь, алюминий, сплавы магния) имеют высокое значение a/e — от 3 до 4,5. Это поглотители тепла.
Другие материалы являются отражателями тепловой радиации, например белые оксидные пленки алюминия (a/e ~ 0,3) или цинковые белила (a/e ~ 0,19). Очевидно, что поглотители будут нагреваться гораздо сильнее под действием тепловой радиации, чем отражатели.
Терморегулирование подбором материала обшивки следует рассматривать как простейший способ сохранения заданного теплового режима ОКС. Более сложными являются метод терморегулирования с замкнутым контуром теплоносителя и радиатором, о котором мы уже упоминали, и метод вакуумно-газовой изоляции. Суть последнего метода — в заполнении межстеночного промежутка обшивки ОКС специальным порошковым или волокнистым материалом, обладающим пониженной теплопроводностью. Увеличение термического сопротивления такой обшивки производится откачиванием, а уменьшение — нагнетанием воздуха (газа), который заполняет пространство между отдельными частицами изолирующего материала. При откачивании воздуха уменьшаются газовые промежутки между частицами изолирующего материала, теплоизолирующая способность растет за счет уменьшения доли тепла, передаваемого конвекцией газа. В качестве заполнителей могут быть применены такие волокнистые материалы, как термофлекс, керамофибровые заполнители и др. В качестве газа может применяться не только, воздух, но и, например, углекислый газ, азот, гелий или водород.
Вся оболочка конструкции ОКС может в этом случае состоять из отдельных автономных секций, каждая из которых будет наддуваться независимо от других. Подвод газа к различным секциям можно осуществить по-разному. Во-первых, газ может подаваться из запасенных на борту станции контейнеров, где он будет находиться под давлением или в жидком состоянии. Во-вторых, в обычный материал изоляции может быть включено специальное вещество, способное, например, при увеличении температуры внутренней поверхности обшивки выделять газ, благодаря чему увеличится теплоотвод. Расход газа, потребный для эффективного терморегулирования с помощью вакуумно-газовой изоляции, оказывается небольшим.
Поскольку, как правило, одна часть поверхности станции будет оставаться холодной, а другая нагретой, то секционный принцип терморегулирования позволит обойтись очень небольшим количеством газа даже в том случае, когда для повышения теплосопротивления часть газа придется стравливать наружу.
По ориентировочным расчетам, одного литра жидкого азота в системе наддува термоизоляции ОКС достаточно для надежного терморегулирования обшивки с площадью поверхности 90 м2.
Для крупных станций эффективность такой системы терморегулирования может оказаться недостаточной. Тогда потребуется применение системы с циркуляцией теплоносителя по замкнутому контуру. При этом, конечно, система значительно усложнится, так как потребуются перекачивающие насосы, теплообменники, дополнительное количество трубопроводов. В системах, построенных по этому принципу, в качестве теплоносителя лучше всего использовать воздух или воду.
Более простой является воздушная система охлаждения, состоящая из нескольких каналов, по которым протекает воздух из кондиционирующей установки. Если температура внутренней стенки находится на заданном уровне, то весь кондиционированный воздух поступает прямо в кабину. При повышении температуры воздух направляется в каналы, расположенные в данный момент времени на «холодной» стороне станции, и охлажденным подается в кабину.
Более сложная схема терморегулирования с замкнутым циклом теплоносителя предполагает окружение внутренних стенок кабины водой, протекающей через сеть тонких трубок. Подобная схема, включенная в общую систему обеспечения жизнедеятельности экипажа орбитальной научной лаборатории (американский проект «Сателлаб»), показана на рис. 27. Система терморегулирования «Сателлаб» предназначена для передачи тепловых потоков от тепловыделяющего оборудования и нагретых участков обшивки к расположенному на теневой стороне радиатору и состоит из множества наполненных водой трубок, нескольких подводящих и отводящих магистралей, перекачивающих насосов и двух кондиционирующих установок теплообменного типа. Регулирование теплового режима осуществляется изменением расхода воды через соответствующие магистрали, а также циркуляцией воздуха кабины через кондиционирующие установки. Большая эффективность системы достигается раздельным регулированием температуры в кабине и в контейнерах с электронной аппаратурой. Главные источники внутреннего нагрева, например координационно-вычислительное оборудование, теле- и радиоаппаратура, изолируются от атмосферы кабины и имеют свои собственные системы терморегулирования, подобные тем, которые применяются в настоящее время в авиации и на ракетах.
В заключение нужно отметить, что, хотя при любом способе терморегулирование на ОКС должно осуществляться автоматически, необходимо все же предусмотреть возможность активного вмешательства в процесс регулирования температурного режима со стороны экипажа.
ИСКУССТВЕННАЯ СИЛА ТЯЖЕСТИ
Над проблемой человек в невесомости давно работают многие специалисты космической медицины, но, несмотря на наличие экспериментальных данных, много вопросов, связанных с влиянием невесомости на человека, остаются пока неразрешенными. Главное в этой проблеме — переносимость человеком длительного пребывания в невесомости и перехода затем к нормальным условиям.
До полетов человека в космос с помощью лабораторных исследований не удавалось даже сколько-нибудь приблизиться к разрешению этих вопросов. Объясняется это прежде всего трудностью получения невесомости в наземных условиях. Известно, например, что наибольшая продолжительность состояния невесомости, достигаемая обычными, некосмическими средствами (при полете самолета по специальной параболической траектории), составляет всего около 1,5 мин. Однако даже в этих условиях удалось установить, что состояние невесомости неодинаково переносится разными людьми. Одни вполне удовлетворительно чувствуют себя в невесомости, испытывая приятное ощущение необычайной легкости, другие, наоборот, испытывают состояние непрерывного падения, ощущая при этом тошноту и головокружение.
Полет первого космонавта Ю.А.Гагарина был одним из самых смелых экспериментов в мировой науке. Ведь до него никто не мог сказать вполне определенно, как будет вести себя человек после полуторачасового пребывания в невесомости.
Полет Титова — это 25 часов, а полет Быковского — это почти пять суток в состоянии невесомости. Значение этих полетов для создания будущих ОКС трудно переоценить.
Здесь мы не будем останавливаться на психико-физиологических воздействиях невесомости на человека***. Скажем только, что нормальная жизнь и работа на борту ОКС могут быть вполне возможны и в условиях невесомости, но лишь в том случае, если все члены экипажа пройдут специальную тренировку. В противном случае уже через некоторое время возможна полная или частичная потеря пространственной ориентировки и координации движений. Причина этого — нарушение функционирования вестибулярного аппарата и прекращение поступления обычных рецепторных сигналов от мышц и сухожилий после «исчезновения» веса тела. Возможно, что длительная весовая разгрузка скелетных мышц отрицательно скажется на их тонусе, а следовательно, и на состоянии всего организма.
Только длительной специальной тренировкой можно достичь известной приспособляемости организма человека к необычным условиям полета в невесомости и добиться хорошей ориентировки в пространстве, координации движений.
Такая тренировка не понадобится лишь в том случае, если конструкция ОКС позволит получить постоянно действующую искусственную силу тяжести в рабочих и жилых помещениях ОКС. Создание искусственной гравитации на орбите возможно с помощью центробежных сил, возникающих при равномерном вращении элементов конструкции, отнесенных на некоторое расстояние от центра вращения. Величина создаваемой гравитации определится этим расстоянием и скоростью вращения.
Технические проблемы осуществления искусственной силы тяжести на больших ОКС не являются непреодолимыми. Энергетические затраты будут также невелики. Первоначальный момент вращения может быть создан кратковременным включением небольших ракетных двигателей, а энергетические затраты на поддержание заданной угловой скорости будут ничтожно малыми. Если вращаться будет вся конструкция ОКС целиком, то единственное и очень слабое тормозящее действие будут оказывать лишь остатки атмосферы; если же вращение будет сообщено лишь расположенным на периферии жилым отсекам, а центральная часть конструкции будет неподвижна, то торможение будет вызываться также и трением в соединениях и подшипниках.
