СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СМЕСЬЮ ЭКИПАЖА КОСМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Советский патент 2007 года по МПК B64G1/46 

Изобретение относится к системам обеспечения жизнедеятельности человека в условиях космического полета, а именно, обеспечения дыхательной средой экипажа, находящегося в гермоотсеке или, в случае разгерметизации гермоотсека, в скафандрах регенерационного или продувочного типа.

Известна система, предназначенная для обеспечения жизнедеятельности космонавта при аварийной разгерметизации в космическом летательном аппарате, возникшей на орбите спутника Земли, состоящая из генератора кислорода, прибора типа "легочный автомат", высотного костюма и одноместной наддуваемой камеры (аннотация в Р.Ж. "Ракетостроение", 1965 г., №1, стр.25, реферат 1.41.107).

Известна также установка подачи газовой смеси в скафандры водолазов, которая включает в себя баллоны с кислородом и сжатым воздухом, трубопроводы, клапаны для отключения баллонов, редукционные клапаны, клапаны регулирования подачи смеси, емкость для хранения смеси (см. патент Франции №1590148 по кл. В63с за 1970 г.).

В приведенных технических решениях обеспечивается только дыхание экипажа, находящегося в скафандрах, а для обеспечения дыхания экипажа в кабине требуется установка дополнительных средств. В системе жизнеобеспечения космического корабля "Союз" для обеспечения кислородом экипажа в гермоотсеках предусмотрены запасы кислорода в виде патронов с надперекисью калия.

Для обеспечения дыхания экипажа, находящегося в скафандрах продувочного типа, разработана на предприятии система, принятая за прототип, основанная на запасах кислородно-азотной смеси. Запасы смеси с содержанием кислорода 40% по объему хранятся в баллонах высокого давления, которые расположены внутри спускаемого аппарата. При разгерметизации и падении давления в спускаемом аппарате открывается клапан подачи, и смесь поступает в скафандры для их продувки. Для сброса неиспользованной смеси от баллонов за борт выведены магистрали сброса с установленными на них клапанами, которые открываются перед приземлением спускаемого аппарата.

К недостаткам прототипа можно отнести:

- запасы рабочего тела, предназначенные для скафандров, невозможно использовать в случае необходимости для подачи в кабину, что снижает надежность системы жизнеобеспечения в целом и требует больших запасов рабочего тела;

- размещение всех баллонов с запасами рабочего тела внутри спускаемого аппарата ведет к его перетяжелению, снижает безопасность системы, затрудняет решение задачи по сбросу неиспользованных запасов, затрудняет компоновку спускаемого аппарата, а в случае изменения программы полета космического корабля и соответствующего изменения запасов смеси, приводит к значительной перекомпоновке спускаемого аппарата;

- ввиду ограничения по минимальному парциальному давлению кислорода в смеси давление в скафандре не может быть ниже 300 мм рт.ст., что не позволяет обеспечить требуемой подвижности и работоспособности экипажа.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности и безопасности работы системы и улучшение ее компоновочных и массо-габаритных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в системе, содержащей запасы рабочего тела высокого давления, арматуру и соединительные магистрали, в качестве рабочего тела использован чистый кислород, введен дополнительный источник кислорода высокого давления, размещенный вне гермоотсека на отделяемой перед спуском спускаемого аппарата раме. Наружный источник кислорода через герморазъем с обратными клапанами прямого и обратного действия, а также внутренний источник кислорода подключены через пусковые клапаны на вход редуктора, выход которого через клапаны распределения подачи подключен к входу в гермоотсек космического объекта и скафандрам. При этом объем дополнительного источника определен отношением времени полета космического объекта к времени спуска его на Землю.

На приведенной схеме в баллонах 1 и 2 размещены запасы кислорода, предназначенные для обеспечения дыхания экипажа при орбитальном полете корабля и на участке спуска спускаемого аппарата. В подводящих магистралях от баллонов 1 установлены разъемные самозапирающиеся клапаны 3. На магистралях от наружных и внутренних баллонов установлены пусковые клапаны 4 и 5. На объединенной магистрали установлен кислородный редуктор 6, на выходе которого установлены клапаны распределения подачи 7 и 8. На магистрали, идущей от внутреннего баллона 2 за борт, установлен клапан сброса давления 9. На магистрали от каждого баллона установлены заправочные клапаны 10.

Система работает следующим образом.

После посадки экипажа в спускаемый аппарат на старте открывается пусковой клапан 4 внешних баллонов 1. Кислород проходит через редуктор 6, в котором давление кислорода понижается до величины, определяемой особенностями потребителей, и поступает к клапанам распределения подачи кислорода 7 и 8. При герметичном спускаемом аппарате регулирование подачи кислорода на дыхание в объем спускаемого аппарата осуществляется открытием и закрытием клапана 7 автоматически или вручную. При разгерметизации спускаемого аппарата клапан 7 автоматически закрывается, открывается клапан 8 и кислород поступает в скафандры. При отделении наружных баллонов перед спуском объекта происходит разделение наружных магистралей по разъемным клапанам 3, при этом магистрали запираются встроенными в клапан 3 обратными клапанами, одновременно автоматически открывается клапан 5 и начинается подача кислорода из баллона 2. Перед посадкой спускаемого аппарата открывается клапан 9 и производится сброс неиспользованного кислорода из баллона 2.

Предложенная система по сравнению с прототипом обладает значительно лучшими характеристиками.

Применение в качестве рабочего тела чистого кислорода позволяет увеличить ресурс системы за счет неиспользованных к моменту разгерметизации запасов кислорода, предназначенных для подачи в кабину, и наоборот, при нормальной герметичности спускаемого аппарата запасы кислорода, предназначенные для продувки скафандров, могут быть использованы для подачи в кабину. Такая гибкость в распределении запасов кислорода повышает надежность обеспечения жизнедеятельности экипажа и позволяет сократить ˜10% запасов кислорода за счет уменьшения запасов на аварийные ситуации. Так, например, для корабля типа "Союз" в случае разгерметизации на начальном участке полета время обеспечения работы экипажа в скафандрах увеличивается на 2 часа за счет неиспользованных запасов кислорода для кабины, что существенно повышает возможности по обеспечению безопасной посадки корабля.

Кроме того, продувка скафандров чистым кислородом позволяет по сравнению с прототипом снизить давление в скафандре с 300 до 180 мм рт.ст., что улучшает подвижность экипажа в скафандрах и облегчает его работу.

Введение дополнительного источника кислорода, размещенного на отделяемой раме, вне гермоотсека, позволяет для корабля типа "Союз" вынести за пределы спускаемого аппарата более 80% объема баллонов и уменьшить вес спускаемой части системы на ˜70% по сравнению с прототипом. Кроме того, такое построение системы позволяет в широких пределах изменения программы полета обеспечивать ресурс системы без перекомпоновки спускаемого аппарата за счет установки дополнительных наружных баллонов. Уменьшение хранимого внутри спускаемого аппарата количества кислорода высокого давления делает систему менее опасной в случае нарушения ее герметичности.

Изобретение относится к области оборудования космической станции. Система содержит последовательно установленные в герметичном отсеке баллоны с рабочей смесью, редуктор, клапаны подачи смеси, выход которых подключен к входным штуцерам скафандров, а также клапан сброса смеси. Дополнительно введены баллоны с кислородом, установленные вне отсека и соединенные через герморазъем, обратные клапаны прямого и обратного действия, пусковой клапан, редуктор и клапаны подачи с входом в отсек. Технический результат - повышение надежности и безопасности. 1 ил.

Система обеспечения дыхательной смесью экипажа космического объекта, содержащая последовательно установленные в гермоотсеке баллоны с рабочей смесью, редуктор, клапаны подачи смеси, выход которых подключен к входным штуцерам скафандров, а также клапан сброса смеси, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности системы и безопасности экипажа в аварийных ситуациях при улучшении массо-габаритных характеристик, в нее дополнительно введены баллоны с кислородом, установленные вне гермоотсека и соединенные через герморазъем, обратные клапаны прямого и обратного действия, пусковой клапан, редуктор и клапаны подачи с входом в гермоотсек.