1.4. Проектные показатели разных ксжо
Выбор варианта КСЖО.
Существует очень много технологий получения веществ, потребляемых человеком (О2, Н2О, пища), из его отходов.
О2 может получаться путем разложения СО2 и Н2О.
Питьевая вода может получаться путем очистки КАВ и урины от содержащихся в них примесей.
Чистая вода для гигиенических целей может получаться путем очистки загрязненной воды. Аналогично может получаться чистая вода для хозяйственных и технических целей.
Теоретически возможны различные варианты совмещения технологических процессов в единую комплексную схему, обеспечивающую полный круговорот веществ и отсутствие запасов. Однако практически без запасов обойтись невозможно. Это связано прежде всего с малой изученностью теоретических технологий и их сложностью. Поэтому теоретические схемы приходится упрощать, что ведет к неполному замыканию веществ. Наиболее благоприятные реакции разложения СО2 обеспечивают неполное получение О2 для дыхания человека. Реакции очистки урины не обеспечивают стопроцентное разделение чистой воды и загрязнений. В результате в качестве отхода образуется не твердые вещества, а концентрат их растворов, содержащий до 80% воды. Однако количество запасов можно уменьшить в несколько раз и довести их массу до величин, приемлемых для вывода их в космос.
При проектировании новых вариантов СЖО приходится учитывать не только количество запасов, но и другие свойства применяемых конструкций. Во всех схемах повышение полноты замыкания круговорота веществ приводит к увеличению потребной энергии и количества отводимого от оборудования тепла. Некоторые технологии связаны с использованием оборудования, занимающего большие объемы. Это особенно присуще биологическим технологиям, связанным с выращиванием высших растений и животных.
Поэтому ограничением может стать не только масса, но и другие проектные параметры (располагаемая энергия, возможности системы терморегулирования, объем системы).
Опыт разработки систем жизнеобеспечения показывает целесообразность обобщенной интегральной оценки конструкции с учет нескольких параметров. Чаще всего учитывают массу, энергопотребление и тепловыделение системы. В некоторых проектах важно также учитывать объем, занимаемый системой.
Математически критерий сравнения вариантов КСЖО сводится к сумме показателей, приведенных к одному из них, обычно к массе. Поэтому интегральный критерий получил название приведенной или эквивалентной массы системы.
Gприв = [G0 + gвещ (1 + Кк)τ]L + ΔGN + ΔGQ + ΔGV ,
Gприв = [G0 + gвещ (1 + Кк)τ]L + КNN + KQQ + KVV.
Здесь:
G0 - постоянная масса КСЖО, зависящая от реализуемых технологий и числа космонавтов, кг. Она складывается из массы устройств регулирования, вентиляторов, насосов, трубопроводов, приемников отходов, элементов крепления и др. Для ЗСЖО G0 = 50 кг/чел.
gвещ - суточный расход веществ в КСЖО, кг/сут. Величина gвещ для ЗСЖО – до 10 кг/чел.сут. (табл. 8.1).
Кк - коэффициент конструкции средств хранения, кг/кг.
Τ – время полета, сут.
ΔGN - затраты массы СЭП для обеспечения работы КСЖО, кг. Энергия в ЗСЖО расходуется на перемещение газов и жидкостей и работу автоматики. Удельное энергопотребление 10 – 15 Вт/чел.
KN – коэффициент затрат массы СЭП на 1Вт.
ΔGQ - затраты массы СОТР для обеспечения работы КСЖО, кг. Тепловыделения в ЗСЖО могут составлять от 10 Вт/чел.
KQ – коэффициент затрат массы СОТР на 1Вт.
ΔGV - затраты массы конструкции ПКК для размещения оборудования КСЖО, кг.
KV – коэффициент затрат массы конструкции ПКК для размещения 1 м3 оборудования.
Рис. 1. Функции жизнеобеспечения.
Рис. 2 Схема естественного круговорота веществ в биосфере Земли.
Таблица 1.