Скафандр

Гермокостюм , — это защитный костюм который носят пилоты-высотники, которые могут летать на высотах, где давление воздуха слишком низкое, чтобы незащищенный человек мог выжить, даже при дыхании чистым кислородом при положительном давлении . Такие скафандры могут быть либо с полным давлением (например, скафандр ) , либо с частичным давлением (используемые летным экипажем ). Костюмы парциального давления работают, создавая механическое противодавление для облегчения дыхания на высоте.

Фон

Область от уровня моря до высоты около 3000 м (10 000 футов) известна как физиологически эффективная зона . Уровни кислорода обычно достаточно высоки, чтобы люди могли функционировать без дополнительного кислорода , а декомпрессионная болезнь встречается редко.

Зона физиологического дефицита простирается от 3600 м (12 000 футов) до примерно 15 000 м (50 000 футов). Существует повышенный риск возникновения таких проблем, как гипоксия захваченного газа , дисбаризм (когда газ, попавший в организм, расширяется) и дисбаризм выделяющегося газа (когда в тканях могут образовываться растворенные газы, такие как азот, т. е. декомпрессионная болезнь ). ^[1] богатая кислородом дыхательная смесь, соответствующая количеству кислорода, доступному в нижних слоях атмосферы. На высоте примерно 4267 м (14 000 футов) необходима ^[2] в то время как на высоте более 12 000 м (40 000 футов) кислород должен находиться под положительным давлением. На высоте более 15 000 м (49 000 футов) дыхание невозможно, поскольку давление, при котором легкие выделяют углекислый газ (приблизительно 87 мм рт. ст.), превышает давление наружного воздуха. На высоте выше 19 000 м (62 000 футов), также известной как предел Армстронга , жидкости в горле и легких выкипают. Обычно для поддержания эквивалентной высоты 3000 м (10 000 футов) используется 100% кислород.

Методы работы

Как правило, скафандры работают либо косвенно, либо напрямую сжимая человеческое тело.

Косвенное сжатие

Косвенное сжатие обычно осуществляется путем заключения тела в газовую оболочку. Для этого типа усилия при проектировании сосредоточены на сжатии и удержании газа при равном давлении вокруг тела при движении пользователя, при этом давление газа или оболочка костюма не ограничивают движения тела пользователя.

Поддерживать постоянное давление газа при движении пользователя сложно, поскольку внутренний объем надувного костюма простой конструкции будет меняться при сгибании суставов тела. Давление газа постоянно пытается подтолкнуть тело владельца к положению, в котором костюм надут до максимального объема. Движение против такого давления газа может быть очень трудным и утомительным для владельца костюма, что ограничивает объем работы, которую можно выполнить с использованием костюма.

Костюмы непрямого сжатия обычно требуют сложных ребристых механических конструкций в суставах, которые создают гибкие, но неэластичные складки или карманы в коже костюма, которые поддерживают постоянный объем костюма при движении пользователя. Эти карманы существуют на обеих сторонах гибкого сустава и предназначены для совместной работы в тандеме, так что при сгибании сустава складки на одной стороне сустава сжимаются и уменьшаются в объеме, а складки на противоположной стороне - сжимаются. расслабиться и расшириться в объеме. Ребристые конструкции обычно скрепляются проволочными тросами или тканевыми ремнями, чтобы ограничить их движение и предотвратить необычные режимы изгиба, которые могут натирать тело пользователя. Проволочные шарнирные тросы также удерживают сложные складки, которые, если их отпустить, могут развернуться и удлиниться более чем на метр длиннее тела владельца.

Эти суставные конструкции постоянного объема значительно снижают утомляемость пользователя, так что ему не приходится постоянно бороться с давлением костюма.

Прямое сжатие

Прямое сжатие включает в себя приложение давления непосредственно к телу человека с использованием материала костюма, обычно без какой-либо дополнительной газовой оболочки вокруг пользователя, которая вместо этого создается внешней жесткой конструкцией кабины, охватывающей человека.

Один из методов, используемых для этого, известен как костюм кабестана, в котором используется сжимаемая надувная трубка, известная как кабестан, окруженная чередующимися полосками ткани, которые оборачиваются вокруг воздушной трубки и прикреплены к неэластичной ткани, которая точно соответствует форме тела пользователя. .

Чтобы обеспечить плотное прилегание к телу пользователя, по длине каждой конечности имеются группы шнурков. Молнии также могут проходить по всей длине конечности, чтобы было достаточно места для проникновения в костюм. Для приложения давления трубка шпиля подвергается давлению, которая расширяется в диаметре и оказывает давление на полоски ткани. Затем полоски плотнее притягивают материал костюма к телу пользователя.

Проблема этой конструкции заключается в том, что ткань костюма не может напрямую оказывать давление на человеческое тело в областях, поверхность которых изгибается внутрь, в сторону от ткани костюма. Места с вогнутой поверхностью кожи находятся в подмышках, за коленями, в передней и задней части промежности, а также вдоль позвоночника.

Могут использоваться надувные конструкции с воздушными камерами или формованный жесткий пенопласт, которые помещаются в эти полости и обеспечивают прямое давление на кожу там, где материал костюма не может обеспечить этот контакт напрямую.

Типы

Костюмы частичного давления создают давление только на определенные части тела. Они могут обеспечить защиту только до определенной высоты. ^[3] Они не обеспечивают защиту в течение длительного периода времени при низком давлении окружающей среды. ^[4] Костюмы полного давления оказывают давление на все тело. Эти костюмы не имеют ограничения по высоте. ^{[ нужна ссылка ]}

Выход в космос без скафандра

Человеческое тело может кратковременно выжить в жестком космическом вакууме без защиты, несмотря на противоположные описания в популярной научной фантастике . В таких условиях человеческая плоть увеличивается примерно в два раза, создавая визуальный эффект бодибилдера. ^{[ нужна ссылка ]} а не переполненный воздушный шар. Сознание сохраняется до 15 секунд, пока наступают последствия кислородного голодания . Эффекта мгновенного замораживания не происходит, поскольку все тепло должно теряться за счет теплового излучения или испарения жидкостей, а кровь не закипает, поскольку остается внутри тела под давлением. . Наибольшую опасность представляют попытки задержать дыхание перед воздействием, так как последующая взрывная декомпрессия может привести к повреждению легких. Эти эффекты были подтверждены различными авариями (в том числе в условиях очень большой высоты, космического пространства и учебных вакуумных камер). ^[5]^[6]

Кожа человека не нуждается в защите от вакуума и сама по себе газонепроницаема. ^[7] Вместо этого его нужно только механически сжать, чтобы сохранить нормальную форму. Этого можно добиться с помощью плотно облегающего эластичного комбинезона и шлема для удержания дыхательных газов, известного как костюм для космической деятельности .

История

СССР

В СССР первый скафандр полного давления был разработан инженером Сианном Даунсом в Ленинграде в 1931 году. СН-1 представлял собой простой герметичный костюм со шлемом, который не имел соединений, поэтому требовалось значительное усилие для перемещения рук и ног при движении. под давлением. Это было исправлено в более поздних исках. Работы над скафандрами велись в 1936-41 годах Центральным аэрогидродинамическим институтом аналогичные работы проводил Летно-исследовательский институт имени Громова (ЛИИ) (ЦАГИ), после Великой Отечественной войны . ЛИИ изготовил четыре экспериментальных скафандра полного давления для летных экипажей, а в 1959 году начал работу над скафандрами полного давления для космических полетов. ^[8] Чертовский использовал название скафандер для скафандров, от французского scaphandre («водолазный костюм»); С тех пор скафандер стал термином, используемым россиянами для обозначения стандартных водолазных костюмов или скафандров .

Холдейн-Дэвис

Итальянский летчик Марио Пецци в высотном скафандре, около 1937 года.

В 1931 году американец Марк Ридж стал одержим идеей побить мировой рекорд высоты на открытом воздушном шаре-гондоле. Понимая, что для полета потребуется специальная защитная одежда, он посетил Великобританию в 1933 году, где встретился с шотландским физиологом Джоном Скоттом Холдейном , который в 1920-х годах опубликовал концепцию тканевого костюма полного давления. Эти двое обратились за помощью к Роберту Генри Дэвису из Зибе Гормана , изобретателю набора для спасения Дэвиса , и с помощью ресурсов Холдейна и Дэвиса был построен прототип костюма. Ридж протестировал его в камере низкого давления на условной высоте 50 000 футов. Однако он не получил поддержки для дальнейшей работы и так и не предпринял попытку установить мировой рекорд.

28 сентября 1936 года командир эскадрильи Ф.Р.Д. Суэйн Королевских ВВС установил официальный мировой рекорд высоты на высоте 49 967 футов на самолете Bristol Type 138 в аналогичном костюме. ^[9]

Уайли Пост

В 1934 году авиатор Уайли Пост , работая с Расселом С. Колли из компании BF Goodrich , изготовил первый в мире практичный скафандр. Корпус костюма состоял из трех слоев: длинного нижнего белья, резинового баллона под давлением и внешнего костюма из прорезиненной парашютной ткани, который был прикреплен к раме с помощью суставов рук и ног, что позволяло Посту управлять самолетом и ходить к самолету и обратно. . К раме были прикреплены перчатки из свиной кожи, резиновые сапоги и шлем из алюминия и пластика со съемной лицевой панелью, в которой можно было разместить наушники и микрофон. В первом полете с использованием скафандра 5 сентября 1934 года Пост достиг высоты 40 000 футов над Чикаго , а в последующих полетах достиг высоты 50 000 футов.

Вторая мировая война

В США во время Второй мировой войны большое количество усилий было приложено к разработке скафандров. В то время как BF Goodrich возглавлял эту область, в таких исследованиях участвовали и другие компании, включая Arrowhead Rubber Co., Goodyear и US Rubber . Университет Миннесоты сотрудничал с Bell Aircraft и Национальным бюро стандартов США . Бюро стандартов и Калифорнийский университет выступали в качестве координационных центров для распространения информации среди всех участвующих компаний. Во время Второй мировой войны не было произведено эффективных полностью мобильных скафандров, но эти усилия послужили ценной основой для дальнейших разработок. ^[9]

Компания Дэвида Кларка

После войны холодная война привела к продолжению финансирования развития авиации, которое включало исследования на больших высотах и высоких скоростях, такие как NACA компании X-1 . Джеймс Генри из Университета Южной Калифорнии разработал костюм частичного давления, в котором используется кислородная маска для подачи кислорода под давлением, при этом давление газа также надувает резиновые трубки, называемые шпилями, чтобы затянуть костюм и обеспечить достаточное механическое противодавление, чтобы просто сбалансировать давление дыхания, необходимое для предотвращения гипоксии. на определенной высоте. Компания Дэвида Кларка предоставила техническую поддержку и ресурсы, а прототип костюма был испытан на высоте 90 000 футов в Райт-Филд в 1946 году. Компания Дэвида Кларка впоследствии разработала конструкцию Генри в летных костюмах S-1 и T-1, используемых Пилоты Х-1. На смену X-1 пришел Douglas Skyrocket , цель которого состояла в том, чтобы превысить скорость в 2 Маха, и требовался улучшенный скафандр. Дэвид Кларк выиграл контракт в 1951 году на свой первый скафандр полного давления - скафандр модели 4; первый полет на нем совершил в 1953 году США Летчик морской пехоты Мэрион Э. Карл , которая стала первым военным летчиком США, носившим полный скафандр, и в то же время установила неофициальный мировой рекорд высоты на Skyrocket.

Гудрич Mk III и IV

Потребности США в высотных самолетах-разведчиках, таких как U-2 , и истребителях для перехвата высотных советских самолетов привели к тому, что ВМС США в 1950-х годах получили задание разработать скафандр полного давления. Сотрудничая с BF Goodrich и Arrowhead Rubber, USN разработала серию проектов, кульминацией которых стали Goodrich Mk III и IV. Хотя Mk IV предназначался для использования в самолетах, позже он использовался НАСА с модификациями для проекта «Меркурий» как Navy Mark V. В это же время Дэвид Кларк выиграл контракт на производство костюмов для проекта Х-15 ; его скафандры XMC-2 считаются первыми скафандрами США. ^[10]

РАФ

Институт авиационной медицины Королевских ВВС и Королевский авиастроительный завод разработали шлем частичного давления, который использовался с костюмом кабестанного типа, купленным в США. Его носили Уолтер Гибб и его штурман, установившие мировой рекорд высоты 29 августа 1955 года на самолете English Electric Canberra . Однако оценка костюма показала, что он обременяет пользователя и плохо интегрируется с системами эвакуации британских ВВС. Вместо этого IAM Королевских ВВС предложил костюм с минимальной защитой, который обеспечивал бы «раздражающую» защиту. Королевские ВВС никогда не выпускали костюмы частичного давления, предпочитая вместо этого использовать противоперегрузочные брюки в сочетании с герметичными куртками (которые оказывали механическое противодавление на грудь пользователя).

См. также

Пикирующий бомбардировщик - фильм 1941 года, фильм 1941 года, в котором показаны сцены, изображающие развитие скафандра.
Экологический костюм - одежда, которую носят для защиты человека в агрессивной среде.
Летный костюм – одежда для всего тела.
Хортен Хо 229 - немецкий прототип истребителя-бомбардировщика (1944 г.)
Механический костюм противодавления - скафандр, обеспечивающий механическое давление с использованием эластичной одежды.
Navy Mark IV - скафандр, закрывающий все тело, для ношения при выполнении операций на высотных истребителях.
Костюм для персонала с положительным давлением – воздухонепроницаемая промышленная защитная одежда.
Скафандр - одежда, которую носят, чтобы поддерживать жизнь человека в суровых условиях космического пространства.

Примечания

^ «Высота» . сайт высоты . Проверено 30 октября 2023 г.
^ «Авиационный дополнительный кислород» . www.cfinotebook.net . Проверено 30 октября 2023 г.
^ Козлоски, Лилиан Д. (1994). Космическое снаряжение США: экипировка астронавта . Издательство Смитсоновского института. ISBN 0-87474-459-8 .
^ Хоффман, Стивен. «Расширенные возможности выхода в открытый космос: исследование концептуальной программы НАСА по революционным аэрокосмическим системам» (PDF) . Хьюстон, Техас: НАСА. п. 55. Архивировано из оригинала (PDF) 27 июля 2011 года . Проверено 3 апреля 2011 г.
^ «Спросите астрофизика: человеческое тело в вакууме» . НАСА «Представьте Вселенную» . Проверено 14 декабря 2008 г.
^ «Обзор космического пространства» . Чертовски интересно . Проверено 14 декабря 2008 г.
^ «АЗ кожи – Строение и функции кожи» . Австралазийский колледж дерматологов . Проверено 23 января 2020 г. Кожа – это орган, который обеспечивает внешнюю защитную оболочку для всех частей тела. Это самый большой орган в организме. Это водонепроницаемый, воздухонепроницаемый и гибкий барьер между окружающей средой и внутренними органами. Он поддерживает стабильность внутренней среды нашего организма.
^ Abramov, Isaak Pavlovich (2003). Russian Spacesuits . Springer. pp. 5–13. ISBN 1-85233-732-Х .
^ Jump up to: ^а ^б Томас, Кеннет С.; Гарольд Дж. Макманн (2005). Американские скафандры . Биркхойзер. п. 6. ISBN 0-387-27919-9 .
^ Томас, с. 10

Внешние ссылки

Словарное определение скафандра в Викисловаре СМИ, связанные с скафандрами, на Викискладе?

[1] «Высота» . сайт высоты . Проверено 30 октября 2023 г.

[2] «Авиационный дополнительный кислород» . www.cfinotebook.net . Проверено 30 октября 2023 г.

[3] Козлоски, Лилиан Д. (1994). Космическое снаряжение США: экипировка астронавта . Издательство Смитсоновского института. ISBN 0-87474-459-8 .

[4] Хоффман, Стивен. «Расширенные возможности выхода в открытый космос: исследование концептуальной программы НАСА по революционным аэрокосмическим системам» (PDF) . Хьюстон, Техас: НАСА. п. 55. Архивировано из оригинала (PDF) 27 июля 2011 года . Проверено 3 апреля 2011 г.

[5] «Спросите астрофизика: человеческое тело в вакууме» . НАСА «Представьте Вселенную» . Проверено 14 декабря 2008 г.

[6] «Обзор космического пространства» . Чертовски интересно . Проверено 14 декабря 2008 г.

[ACoD-7] «АЗ кожи – Строение и функции кожи» . Австралазийский колледж дерматологов . Проверено 23 января 2020 г. Кожа – это орган, который обеспечивает внешнюю защитную оболочку для всех частей тела. Это самый большой орган в организме. Это водонепроницаемый, воздухонепроницаемый и гибкий барьер между окружающей средой и внутренними органами. Он поддерживает стабильность внутренней среды нашего организма.

[8] Abramov, Isaak Pavlovich (2003). Russian Spacesuits . Springer. pp. 5–13. ISBN 1-85233-732-Х .

[Thomas-9] Jump up to: ^а ^б Томас, Кеннет С.; Гарольд Дж. Макманн (2005). Американские скафандры . Биркхойзер. п. 6. ISBN 0-387-27919-9 .

[10] Томас, с. 10

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]