Предел Армстронга
Предел Армстронга или линия Армстронга — это мера высоты, выше которой атмосферное давление достаточно низкое, чтобы вода кипела при нормальной температуре человеческого тела . Воздействие давления ниже этого предела приводит к быстрой потере сознания с последующей серией изменений сердечно-сосудистых и неврологических функций и, в конечном итоге, к смерти, если давление не восстановится в течение 60–90 секунд. [1] На Земле предел составляет около 18–19 км (11–12 миль; 59 000–62 000 футов) над уровнем моря . [1] [2] выше которого атмосферное давление воздуха падает ниже 0,0618 атм (6,3 кПа , 47 мм рт. ст. , или около 1 фунт/кв. дюйм ). Модель стандартной атмосферы США устанавливает предел Армстронга на высоте 63 000 футов (19 202 м).
Термин назван в честь ВВС США генерала Гарри Джорджа Армстронга , который первым осознал это явление. [3]
Влияние на жидкости организма
[ редактировать ]| Расположение | Давление | ||
|---|---|---|---|
| кПа | пси | банкомат | |
| Олимпа Монс Саммит | 0 .072 | 0 .0104 | 0 .00071 |
| Марс средний | 0 .610 | 0 .0885 | 0 .00602 |
| Эллада Планиция внизу | 1 .16 | 0 .168 | 0 .0114 |
| Предел Армстронга | 6 .25 | 0 .906 | 0 .0617 |
| Эвереста Вершина [4] | 33 .7 | 4 .89 | 0 .333 |
| Уровень моря Земли | 101 .3 | 14 .69 | 1 .000 |
| Мертвого моря Уровень [5] | 106 .7 | 15 .48 | 1 .053 |
| Поверхность Венеры [6] | 9,200 | 1,330 | 91 |
При пределе Армстронга или выше открытые жидкости организма, такие как слюна , слезы , моча и жидкости, смачивающие альвеолы в легких, но не сосудистая кровь (кровь в системе кровообращения), будут выкипать, если субъект не носит все тело скафандр, закрывающий , и никакое количество доступного для дыхания кислорода, подаваемого каким-либо образом, не сможет поддерживать жизнь более чем на несколько минут. [1] В НАСА техническом отчете «Чрезвычайные ситуации при быстрой (взрывной) декомпрессии у субъектов, находящихся в скафандрах» , в котором обсуждается кратковременное случайное воздействие на человека близкого к вакууму состояния , отмечается: «Позже субъект сообщил, что… его последним сознательным воспоминанием была слюна на его язык начинает кипеть». [7]
При номинальной температуре тела 37 ° C (99 ° F) давление пара воды составляет 6,3 килопаскаля (47 мм рт. ст.); то есть при давлении окружающей среды 6,3 килопаскаля (47 мм рт. ст.) температура кипения воды составляет 37 ° C (99 ° F). Давление 6,3 кПа — предел Армстронга — составляет около 1/16 стандартного атмосферного давления на уровне моря, равного 101,3 килопаскаля (760 мм рт. ст.). На больших высотах водяной пар, образующийся при кипении, добавляется к декомпрессионным пузырькам газообразного азота и вызывает разбухание тканей тела, хотя ткани и кожа достаточно прочны, чтобы не лопнуть под внутренним давлением испаренной воды. Формулы для расчета стандартного давления на данной высоте различаются, как и точные давления, которые можно фактически измерить на данной высоте в данный день, но общая формула [ нужна ссылка ] показывает, что 6,3 кПа обычно наблюдается на высоте 19 000 м (62 000 футов).
Гипоксия ниже предела Армстронга
[ редактировать ]Значительно ниже предела Армстронга людям обычно требуется дополнительный кислород, чтобы избежать гипоксии . Большинству людей это обычно необходимо на высоте более 4500 м (15 000 футов). Коммерческие реактивные лайнеры обязаны поддерживать герметизацию кабины на высоте не более 2400 м (8000 футов). Правила США в отношении самолетов авиации общего назначения (неавиационных, негосударственных рейсов) требуют, чтобы минимально необходимый летный экипаж, но не пассажиры, находился на дополнительном кислороде, если самолет проводит более получаса на высоте кабины выше 3800 м ( 12 500 футов). Минимально необходимый летный экипаж должен получать дополнительный кислород, если самолет какое-либо время находится на высоте выше 4300 м (14 000 футов), и даже пассажиры должны быть обеспечены дополнительным кислородом на высоте выше 4500 м (15 000 футов). [8] Парашютисты , которые находятся на высоте лишь ненадолго перед прыжком, обычно не превышают 4500 м (15 000 футов). [9]
Историческое значение
[ редактировать ]
Предел Армстронга описывает высоту, связанную с объективным, точно определенным природным явлением: давлением пара воды, имеющей температуру тела. В конце 1940-х годов это представляло собой новый фундаментальный, жесткий предел высоты, выходящий за рамки несколько субъективных наблюдений за физиологией человека и зависящих от времени эффектов гипоксии, испытываемых на более низких высотах. В течение долгого времени скафандры носили на высоте значительно ниже предела Армстронга, чтобы избежать гипоксии. В 1936 году Фрэнсис Суэйн из Королевских ВВС достиг высоты 15 230 м (49 970 футов) на самолете Bristol Type 138 в скафандре. [10] Два года спустя итальянский военный офицер Марио Пецци установил рекорд высоты 17 083 м (56 047 футов), надев скафандр на своем биплане Caproni Ca.161bis , хотя он находился на высоте значительно ниже той высоты, на которой кипит вода при температуре тела.
На высоте около 15 000 м (49 000 футов) хорошо подготовленному и опытному пилоту для безопасного управления самолетом в негерметичных кабинах обычно требуется скафандр. [11] В негерметичной кабине на высоте более 11 900 м (39 000 футов) над уровнем моря физиологической реакцией, даже при дыхании чистым кислородом, является гипоксия - недостаточный уровень кислорода, вызывающий спутанность сознания и возможную потерю сознания. Воздух содержит 20,95% кислорода. На высоте 11 900 м (39 000 футов), вдыхая чистый кислород через незапечатанную маску, человек вдыхает такое же парциальное давление кислорода, как и обычный воздух на высоте около 3600 м (11 800 футов) над уровнем моря. [ нужна ссылка ] . На больших высотах кислород необходимо подавать через герметичную маску с повышенным давлением, чтобы поддерживать физиологически адекватное парциальное давление кислорода. Если пользователь не носит скафандр или одежду противодавления, ограничивающую движения грудной клетки, воздух под высоким давлением может вызвать повреждение легких.
На современных военных самолетах, таких как американские F-22 и F-35 , оба из которых имеют рабочую высоту 18 000 м (59 000 футов) или более, пилот носит «одежду противодавления», которая представляет собой g- костюм с высотными возможностями. В случае потери давления в кабине кислородная система переключается в режим положительного давления, чтобы подавать кислород с давлением выше окружающего к специальной герметичной маске, а также пропорционально надувать одежду с противодавлением. Одежда препятствует расширению грудной клетки пилота наружу, предотвращая баротравму легких до тех пор, пока пилот не сможет снизиться на безопасную высоту. [12]
См. также
[ редактировать ]- Высотная болезнь - состояние здоровья, вызванное быстрым воздействием низкого содержания кислорода на большой высоте.
- Зона смерти - высоты более 8000 м (26000 футов).
- Декомпрессия (высота) - Снижение атмосферного давления из-за подъема над уровнем моря.
- Декомпрессионная болезнь - расстройства, возникающие из-за снижения давления окружающей среды.
- Влияние большой высоты на человека
- Влияние космического полета на организм человека – Медицинские проблемы, связанные с космическим полетом
- Линия Кармана – традиционное определение края пространства.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Джеффри А. Лэндис. «Воздействие вакуума на человека» . Архивировано из оригинала 21 июля 2009 г. Проверено 5 февраля 2016 г.
- ^ «Глоссарий исследований НАСА» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г.
- ^ «NAHF – Гарри Армстронг» . 18 ноября 2007 г. Архивировано из оригинала 18 ноября 2007 г.
- ^ Уэст, Джон Б. (1999). «Барометрическое давление на Эвересте: новые данные и физиологическое значение». Журнал прикладной физиологии . 86 (3): 1062–1066. дои : 10.1152/яп.1999.86.3.1062 . ПМИД 10066724 . S2CID 27875962 .
- ^ «Регион Мертвого моря как курорт» . Мертвое море, ИЗРАИЛЬ: Центр муковисцидоза, ООО. Архивировано из оригинала 15 июля 2012 года . Проверено 15 мая 2012 г.
- ^ Базилевский Александр Т.; Хед, Джеймс В. (2003). «Поверхность Венеры». Реп. прог. Физ . 66 (10): 1699–1734. Бибкод : 2003РПФ...66.1699Б . дои : 10.1088/0034-4885/66/10/R04 . S2CID 250815558 .
- ^ «Спросите астрофизика: человеческое тело в вакууме» . Архивировано из оригинала 14 октября 2014 г.
- ^ Свод федеральных правил (Досье 18334, 54 FR 34304 § 91.211 Дополнительный кислород, Раздел 14, Глава I, Подраздел F, Часть 91 — Общие правила эксплуатации и полетов, Подраздел C — Требования к оборудованию, приборам и сертификатам). 18 августа 1989 года . Проверено 6 февраля 2016 г.
- ^ «Информационное пособие для парашютиста» . Ассоциация парашютистов США . 30 марта 2014 г. Архивировано из оригинала 30 марта 2014 г.
- ^ «Рекорд высоты» . Сидней Морнинг Геральд . 1 октября 1936 года . Проверено 29 сентября 2020 г.
- ^ «Краткая история скафандра» . Исследовательский центр Драйдена . 25 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 25 марта 2016 г.
- ^ Свитман, Билл (18–25 июля 2011 г.). «Скрытая опасность: инциденты с гипоксией, беспокоящие Хорнетс, могут быть связаны с авариями F-22» . Неделя авиации и космических технологий . п. 35.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Глава 1: Физиология полета». Руководство для летного хирурга ВМС США (PDF) .
- «Эбуллизм на высоте 1 миллион футов: выживание при быстрой / взрывной декомпрессии» . Архивировано из оригинала 19 сентября 2000 г.
- «Атмосферное давление и высота над уровнем моря» . Инженерный набор инструментов . Архивировано из оригинала 09.11.2016.