Неделя нанотехнологий. Материал для проведения урока. Фотография урока "Космическое путешествие"
материал по физике (10 класс)
Материал для аттестации учителя. Неделя нанотехнологий
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 131.18 КБ |
![]() | 135.5 КБ |
![](https://nsportal.ru/sites/default/files/2020/11/21/img_20170317_124735.jpg)
![](https://nsportal.ru/sites/default/files/2020/11/21/img_20170317_124735_0.jpg)
Предварительный просмотр:
Биосферные поселения с автономными системами жизнеобеспечения.
Бритвин Л.Н.
В данной статье предлагается рассмотреть возможности, которые для населения нашей Планеты дает создание биосферных поселений с автономными системами жизнеообеспечения, по своей идеологии частично приближающихся к современным системам жизнеобеспечения космических станций, разрабатываемых, например, для полета на Марс или проживания на Луне.
Биосферные поселения (БП) или, что лучше, автономные биосферные поселения (АБП), располагаемые на поверхности Земли, должны обладать следующими базовыми свойствами:
1. Архитектурное решение, место расположения поселения на природном ландшафте, оформление жилых и производственных помещений, зон отдыха должно на полевом уровне благоприятно воздействовать на психофизическое состояние человека, содействовать единению человека с природой, окружающим пространством, сплочению поселенцев в коллективное сообщество творческих духовных личностей;
2. Обладать структурой, создающей социальную защищенность населения, взаимопомощь, общение по интересам, обучение необходимым профессиям, занятие различными видами спорта, доступ к необходимой информации, достижениям культуры и искусства;
3. Снабжаться системами поддержания благотворного для человека микроклимата и регенерационными установками для создания условий проживания в жилых помещениях и зонах общего пользования, наиболее комфортных и независимых от внешних факторов окружающей поселение среды. Иметь системы предотвращения от внешнего несанкционированного вторжения;
4. Иметь автономные децентрализованные системы электро-тепло- и горячего водоснабжения объектов социальной и производственной сферы на основе новых энергоэффективных технологий использования и преобразования природных возобновляемых источников энергии с системами резервирования, работающими на традиционных видах топлива при минимальном загрязнении окружающего пространства;
5. Система жизнеобеспечения АБП должна иметь источник чистой биологически активной и полезной воды, обеспечить экологическую чистоту как внутренней среды поселения, так и окружающего поселение пространства, утилизацию отходов жизнедеятельности с преобразованием их в тепловую энергию или/и в биоудобрения (для биосферных поселений сельского типа, где желательно создание теплично-парникового хозяйства для выращивания экологически чистых продуктов питания в объеме достаточном для проживающего в АБП населения);
6. В зоне функционирования БП должна обеспечиваться трудовая занятость на высокотехнологичных научно-производственных и др. объектах, комфортные условия проживания (по городскому цивилизованному типу), высокоэффективная связь с внешним миром (интернет, телевидение, и др.), а также транспортная связь между соседними аналогичными поселениями желательно с использованием экологически чистого транспорта;
7. Должно осуществляться необходимое и легко доступное высокопрофессиональное медицинское обслуживание с применением современных методов диагностики, предупреждения заболеваний, оздоровления и лечения;
8. БП или АБП должны обеспечивать: минимизацию потерь тепловой энергии (для северных районов) или затрат энергии на кондиционирование (для южных районов), минимизацию потерь времени на перемещение населения между местами проживания, работы и зонами отдыха, а строительство АБП должно выполняться на промышленной основе (при минимальной себестоимости) с возможностью обеспечения коллективного общения и «индивидуального» стиля проживания в зависимости от культурных и др. потребностей.
Создание АБП при одновременном решении экологической, энергетической, транспортной и продовольственной (для северных районов) проблем возможно на современном уровне техники за счет применения существующих энергогенерирующих, теплоаккумулирующих и энергосберегающих технологий, в рамках комплекса - децентрализованная автономная система жизнеобеспечения (АСЖ), которая ориентирована на использование как традиционных, так и альтернативных источников энергии.
Важно, что биосферные поселения на базе АСЖ могут функционировать на удалении от центральных систем энергообеспечения как электрической энергией, так и топливом для функционирования системы ЖКХ, промышленности и транспорта (АСЖ позволяет осуществлять транспортную связь между биосферными поселениями без использования традиционных видов топлива за счет использования транспортных машин с теплоаккумулирующей или водородной силовой установкой).
Инженерный комплекс АСЖ состоит из базового теплоаккумулирующего блока из двух тепловых аккумуляторов выскотемпературного (ВТА) и низкотемпературного (НТА), по теплу соответственно сообщенных с парогенератором и конденсатором объемной паросиловой установкой (преобразующей тепловую энергии ВТА в электроэнергию синхронной частоты и напряжения) и подключаемых к нему альтернативных источников энергии. В патенте РФ 2352866 разработана система комбинированного энергообеспечения автономного здания с трехуровневым по температуре тепловым аккумулятором, позволяющим наиболее полно использовать альтернативные виды энергии.
АСЖ позволяют использовать все виды как альтернативных, так и традиционных типов: солнечное излучение, ветровую энергию, внешнее атмосферное и внутреннее (выделяемое под куполом АБП) тепло - посредством тепловых насосов, использовать электролиз для зарядки водородных аккумуляторов, наиболее эффективно расходовать запасы традиционного топлива нефти, мазута, керосина, природного газа, биогаза, угля, торфа, отходы жизнедеятельности и т.п.), поскольку энергетический цикл АСЖ замыкается на паросиловом цикле Ренкина, реализуемом в виде традиционной паросиловой установки, или других комбинированных циклах внешнего нагревания, практически не дающих загрязнения окружающей среды.
При использовании тепловых аккумуляторов или, например, водородных, возможно накопление энергии в любых требуемых количествах от ветровых, фотоэлектрических, солнечных, теплонансосных и других альтернативных источников при практически любой неравномерности потока поступающей от них энергии и без каких-либо технически сложных преобразований получаемой энергии. В результате технически наиболее просто и надежно жилые и промышленные комплексы обеспечиваются электроэнергией со стандартной частотой и напряжением, теплом для обогрева помещений, теплиц и производственных объектов, а также - энергоснабжение специализированных транспортных средств, необходимых для обеспечения жизнедеятельности жилых комплексов и транспортного сообщения между ними. Важно, что применение объемных и комбинированных паросиловых установок (двигателей) в диапазоне требуемых мощностей позволяет применять по существу одну и туже конструкцию двигателя как для электроснабжения АСЖ, так и в качестве механического привода любых мобильных машин и производственных механизмов. При использовании тепловых аккумуляторов (ТА) на мобильных машинах процесс их «зарядки» может осуществляться от всех известных источников энергии (теплообменные контура ТЭЦ, АЭС, электросеть, электрогенераторы ветроустановок, солнечные батареи, высокотемпературные аккумуляторы АСЖ, топливные горелки). Для мобильных машин применение объемных паровых двигателей позволяет получать наиболее выгодные моментные и регулировочные характеристики, осуществлять наиболее полный отбор тепла от ВТА и при его разрядке осуществлять движение, сжигая в горелке парогенератора практически любое топливо при атмосферном давлении и минимальной токсичности выбросов.
Цикл Ренкина и разработанные автором еще 1983 г. его модификации с энтропийным процессом парогенерирования обеспечивают возможность высокоэффективного получения электрической энергии и движения транспорта даже при низких остаточных температурах в ВТА, что существенно повышает эффективную энергоемкость ВТА и позволяет применять простейшие и безопасные в эксплуатации их типы, не требующие применения рабочего тела с фазовыми переходами при изменении рабочей температуры. Биосферные поселения с автономными системами жизнеобеспечения, см., например, патенты РФ 2215244 и 2233387, рационально осуществлять в виде замкнутого сельского поселения по городскому типу, в которых ТА могут строится на основе легко доступных для широкого использования, долговечных и дешевых материалов таких как: вода, речной песок, огнеупорный кирпич и т.п.
В такой АСЖ реализуется следующая последовательность преобразования энергии. Энергия ветра и/или светового потока преобразуется в электрическую энергию, причем любого напряжения и частоты, что позволяет наиболее полно использовать энергию ветрового потока особенно при низких скоростях ветра (этот фактор наиболее важен для центральных районов России, где средняя скорость ветра составляет 3-5 м/сек). Посредством, например, набора резисторных электронагревателей различного сопротивления всегда возможен разогрев до высокой температуры воздуха, циркулирующего в теплообменном контуре ВТА, который по теплу сообщен с парогенератором регулируемого парового двигателя, приводящего синхронные электрогенераторы на 220/380в, циркуляционные насосы и газодувки. Теплота конденсации пара передается через парожидкостной конденсатор в низкотемпературный теплоаккумулятор, который служит источником тепла для систем отопления и горячего водоснабжения зданий, а также отопления теплиц и оранжерей, производящих необходимые продукты питания. Например, для жилого комплекса в 6000м2 со среднесуточным потреблением энергии в 3000 квт-час требуется установка двух паровых двигателей по 50 кВт максимальной мощности. Круглосуточное энергоснабжение в достаточной мере может обеспечиваться ветроэлектроагрегатами средней суммарной мощности около 120 кВт, осуществляющими зарядку высокотемпературного теплооаккумулятора. При семисуточном запасе энергии в ВТА и НТА (достаточном для обеспечения жителей теплом, горячей водой и электроэнергией при отсутствии внешнего подвода тепла) высокотемпературный теплоаккумулятор на базе магнезитового кирпича (с заполнением рабочего пространства в 50%) может иметь объем всего около 120м3, а низкотемпературный ТА из речного песка – объем 240м3. При этом НТА выполняет функции тепловой изоляции высокотемпературного теплоаккумулятора. Для северных районов, где расход энергии на отопление относительно высок, нет необходимости создавать сложные паросиловые двигатели с высоким КПД, что существенно упрощает их конструкцию и повышает надежность системы в целом.
Избыточное тепло НТА передается на отопление теплиц или возвращаться в высокотемпературный ТА за счет гравитационно-теплового регенератора, обеспечивающего интенсификацию проходящего через рабочие органы ветростанции потока нагретого теплом низкотемепературного ТА воздуха. Избыточное тепло ВТА, преобразуемое в электроэнергию синхронной частоты, может продаваться другим потребителям, использоваться для зарядки электроаккумуляторов или ВТА специальных транспортных средств, обслуживающих зону размещения автономных поселений или использоваться для разложения воды и получения водорода для двигательных транспортных установок с ДВС, работающих на водороде. В рамках АСЖ перспективно использовать также и атомные реакторы на быстрых нейтронах малой мощности как дополнительный источник тепловой энергии по теплу связанный с тепловыми аккумуляторами АСЖ, что обеспечивает установившийся наиболее безопасный режим работы реактора. Важно, что АСЖ может запускаться и поддерживать энергоснабжение жилых комплексов теплом и электроэнергией и за счет сжигания традиционного топлива в парогенераторе парового двигателя (при токсичности выхлопа в 100-300 раз меньшей, чем в ДВС). При использовании рассмотренного типа энергосистемы ветровые и солнечные источники, несмотря на неравномерность поступающего от них потока энергии, уже могут рассматриваться как основные источники энергообеспечения жилых комплексов, сельскохозяйственных ферм и транспортных средств, функционирование которых не оказывает экологически вредного воздействия на окружающую среду и на самого человека.
Биосферные поселения на базе АСЖ и мобильные машины на базе ВТА не потребляют кислород воздуха, не выделяют токсичных выхлопов, осуществляют прямое преобразование тепла, вырабатываемого различными источниками, в механическую энергию (это в целом существенно повышает КПД такой транспортной системы). Широкое распространение АСЖ на рассмотренной элементной базе не нарушает экологического равновесия Земли, способствуют обеспечению продовольственной безопасности районов с холодным климатом.
В АБП легко реализуются технологии получения тепловой и электрической энергии на основе переработке биоотходов жизнедеятельности и сельскохозяйственной продукции, производимой жителями АБП на основе обогреваемых теплиц, парников. Предлагаемое решение проблемы экологической, продовольственной и энергетической безопасности реально в ее практической реализации, направлено на выполнение положений Киотского протокола и перспективно в первую очередь для лишенных традиционных источников топлива северных районов России, районов, удаленных от централизованных сетей энергоснабжения. Для России из всех видов альтернативных источников наиболее перспективными для децентрализованного энергоснабжения комплекса АСЖ являются энергия ветра и солнца, распространенная повсеместно, хотя и неравномерно, и не имеющая такой локальной “привязки”, как гидроэнергия, энергия приливов, геотермальная энергия.
Широкие возможности применения этих источников, которые обеспечиваются рассмотренной системой АСЖ, позволяет существенно сократить потребность в традиционных видах топлива, что обеспечивает их сохранение для будущих поколений людей и приведет к снижению темпа загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания. Следует отметить, что АСЖ позволяет осуществлять даже хранение радиоактивных отходов, используя выделяемую ими энергию для получения тепловой и электрической энергии, технически просто аккумулировать тепловую энергию малых атомных реакторов для совместной работы с тепловыми аккумуляторами АСЖ и т.п.
С другой стороны, в настоящее время разрабатываются энергогенераторы, работающие на новых принципах получения энергии, например, основанные на резонансном взаимодействии с окружающей средой, высокоэффективные водо-водородные генераторы, вихревые ветрогенераторы, биоэнергетические тепловые и электрические генераторы энергии, вихревые ветрогенераторы (способные работать при низких скоростях ветра 3-4 м/сек) и другие новые типы энергоисточников, которые независимо от реализуемых ими мощностей и параметров вырабатываемой электроэнергии могут наиболее успешно работать именно в рамках АСЖ, обеспечивающей наилучшие возможности для их эксплуатации.
Использование ветровой энергии.
В последние годы в России (работы академика РАН Красовского А.А., изобретателей Серебрякова Р.А., Войцеха О.Г, Бабинцева И.А., Грибкова С.В. Цернеса В.Я. и др.) предложены технические решения, применение которых в новых разработках ВЭУ для регионов с низкоскоростными воздушными потоками обеспечивает выигрыш в вырабатываемой электроэнергии до 3-х и более раз, по сравнению с существующими аналогами, при этом достигаются предельно низкие показатели по стоимости 1 КВт?ч вырабатываемой электроэнергии (1-2 цента против 6-10 центов у существующих ВЭУ), и срокам их окупаемости (2-4 года против 8-12 лет принятых в мировой практике в настоящее время).
В ближайшие десятилетия при прогнозируемом резком изменении климата и росте природных катаклизмов и техногенных катастроф, когда будет происходить существенное ухудшение условий существования человеческой цивилизации на нашей Планете, переход на строительство биосферных поселений на базе АСЖ станет необходим и практически единственно возможным средством выживания больших масс людей!
Использование новых типов источников энергии (для справки).
В биосферных поселениях в первую очередь и наиболее эффективно могут быть применены новые типы источников энергии, разработка которых интенсивно проводится во многих научных центрах мира, включая Россию, где также ведется поиск и разработка новых физических принципов преобразования энергии, основанной на использовании воды как топлива, использовании электрических и магнитных полей земли, и технических решений по их применению для получения дешевой и экологически чистой энергии. В последнее время появляется все больше сообщений об успешных испытаниях действующих моделей (преобразователь радиантной энергии немецкой фирмы GFE); опытных и экспериментальных образцов (магнитный генератор свободной энергии австралийской компании LUTEC, конвертер-холодный генерирующий преобразователь энергии-разработка Берекеля А.Н.); промышленных образцов (генератор на вращающихся магнитах-автор Минато, Япония и др.), что свидетельствует о прогрессе в этой области.
В перспективе могут быть созданы генераторы электрической энергии (ГРЭ) мощностью 50-80 кВт (БП, крупные сельскохозяйственные агрофермы, промышленные цеха и предприятия, объекты ЖКХ). В рамках предложенного комплекса АСЖ ГРЭ могут быть применены для компенсанции неравномерности поступающей ветровой и солнечной энергии даже в вариантах исполнения малой мощности и опытных образцов. Для получения энергии перспективным в рамках биосферных поселений сельского типа является также разрабатываемые технологии интенсификации выращивания биопродуктов с последующим их преобразованием в биогаз и далее в тепловую и электрическую виды энергии.
Важно, что именно биосферное поселение с системами защиты от внешних возмущений и средствами высокоэффективного аккумулирования и преобразования тепловой энергии создает наилучшие условия для внедрения и применения новых разрабатываемых источников энергии, где они могут использоваться в равномерном режиме энергогенерирования не испытывая динамических нагрузок, связанных с суточной неравномерностью энергопотребления и действия случайных факторов.
Поселения на базе АСЖ обеспечивают безопасность проживания и защиту от террористических актов и природных катастроф, независимы от внешних источников энергии, позволяют обеспечить снабжение населения экологически чистыми продуктами питания, осуществлять проживание в благоприятных климатических условиях, одновременно решают задачи по энергосбережению, транспорту, продовольственной и экологической безопасности, решают проблемы по обеспечению доступного жилья, перспективны для инвесторов различного плана, могут реализовываться на базе известных материалов и технологий.
Предварительный просмотр:
Системы жизнеобеспечения космонавтов во время будущих космических полетов
Независимо от того, когда начнется непосредственное исследование человеком далеких планет, системы жизнеобеспечения (СЖО) пилотируемых космических кораблей должны быть рассчитаны на работу в течение очень продолжительных периодов времени. Современные СЖО способны работать лишь в течение нескольких недель. СЖО больших космических станций и для полетов к Марсу будут значительно отличаться от СЖО современных кораблей типа «Аполлон» и «Союз». Полузамкнутая СЖО, описанная в главе V, не удовлетворяет требованиям продолжительных полетов в космос. Когда начнется исследование космического пространства за Луной или в районе ближайших планет, просто невозможно будет работать, непрерывно используя запасы продуктов СЖО, взятых на борт корабля. Один из вариантов решения этой проблемы состоит в том, чтобы в какой-то, степени дублировать экологическую замкнутую систему, частью которой является на Земле человек. Для исследования глубокого космоса человеку, вероятно, потребуется микроклимат, в основе которого лежит непрерывный материальный и энергетический обмен между животным и растительным миром и круговорот воды. «Сердцем» такой системы является блок фотосинтеза, в котором выделяемый человеком углекислый газ преобразуется в кислород и углерод, являющийся составной частью питательных веществ для растений. Схема такой системы приведена на рис. 86. Говоря о СЖО замкнутого типа, не следует забывать, что мы имеем в виду только контур движения веществ в такой системе, однако энергетический контур в этом случае, совершенно очевидно, является незамкнутым, и замкнуть его, вероятно, нельзя никаким способом. Таким образом, в то время как вещество в такой СЖО может находиться в состоянии непрерывного внутреннего обмена, энергия для такой системы должна поступать от внешнего источника. На Земле таким источником энергии является Солнце, и оно же, вероятно, может служить источником энергии для замкнутой СЖО космического корабля, по крайней мере при космических путешествиях в пределах солнечной системы. Рис. 85. Макет разведочного зонда для уточнения условий высадки на поверхность Марса. Высадку людей на поверхность Марса можно ожидать, вероятно, к 1986 году Основными узлами экологической системы являются источник энергии, блок фотосинтеза, устройство для обработки отходов жизнедеятельности, блок для обработки воды, регулятор состава атмосферы и блок получения продуктов питания. Каждый из этих узлов состоит из нескольких подсистем, и все они должны быть связаны друг с другом системой автоматического контроля и регулирования, с тем чтобы, например, постоянно поддерживать в космическом корабле заданную температуру, влажность и давление (в том числе и парциальное давление отдельных газов). Удерживать такую систему в состоянии требуемого динамического равновесия — задача поистине огромной трудности. Чтобы представить себе всю сложность такой системы, рассмотрим только блок фотосинтеза. Рис. 86. Замкнутая экологическая система, которую предлагают использовать в межпланетных космических полетах. В этой системе насос [1] смешивает воду, поступающую из сборника воды [2], с отходами жизнедеятельности космонавтов, находящимися в резервуаре [3]. Эта смесь размельчается в мельнице [4]. Далее в смесь вводят кислород [5], и она проходит через фильтр из волокон коры красного дерева [6], в котором бактерии и простейшие микроорганизмы усваивают часть содержащихся в ней питательных веществ. Температура смеси регулируется теплообменником [7]. Далее смесь поступает в аквариум с рыбками [8], поедающими вредные в данной экологической системе микроорганизмы. Проходя через мембранный диффузор [9], смесь очищается от токсичных примесей и СО2 и отделяется от водяных паров. Основная часть воды возвращается в описанный цикл [к насосу]; меньшая часть, содержащая неорганические питательные вещества с высокой концентрацией, периодически поступает в оранжерею [10]. Водяной пар, очищенный диффузором от бактерий и вирусов, проходят через конденсер [на рисунке не показан] и превращаются в воду, пригодную для питья. Растения в оранжерее усваивают углекислый газ и выделяют кислород, который возвращается в кабину. Рыбы и овощи идут в пищу космонавтам. Фотосинтезирующий блок является самым критическим элементом системы. В нем часто предлагают использовать колонию морских водорослей, взвешенных в воде. При этом сразу возникает вопрос, какой вид водорослей лучше всего выбрать для этой цели. Существует около 40000 видов водорослей, но нет необходимости исследовать все виды, поскольку они сильно отличаются друг от друга своими размерами. Так, океанские бурые водоросли имеют длину около 60 м, а в стоячих водах обитают одноклеточные микроскопические водоросли. Ввиду ограниченного пространства внутри космического корабля необходимо, конечно, выбрать очень маленькие водоросли. Поэтому до сегодняшнего дня исследования проводят только с одноклеточными водорослями Chlorella (а именно Chlorella pyrenoidosa), Scendeldesmus, Anacystis, Synechocystis и Synechococcus. Другим важным фактором является освещение. Для непрерывного воспроизводства хлореллы, например, необходим свет в диапазоне длин волн 4—7 млн. А. Электрическая энергия преобразуется в световую с коэффициентом преобразования всего лишь 20%. Максимальный к. п. д., с которым хлорелла преобразует энергию видимого света в клеточную (химическую) энергию, вероятно, составляет 18—22%. Общий к. п. д. системы, в которой используется хлорелла, таким образом, в лучшем случае составляет не более 2%, если рассматривать цепь преобразования электрической энергии в клеточную энергию хлореллы. Надежный источник света в космическом корабле тоже является проблемой. Эксперименты показывают, что для этих целей флуоресцентные источники света лучше ламп накаливания, но потребляемая ими мощность составляет 4—5 кет на каждого человека. Эту энергию питания можно получить с помощью топливных элементов, а также солнечных или атомных батарей. Кроме того, можно концентрировать солнечный свет рефлектором, направляя его в фотосинтезирующий элемент. Может быть, самым критическим фактором в замкнутой экологической системе является сохранение равенства между дыхательным коэффициентом экипажа космического корабля RQ (отношение объема выделенного человеком углекислого газа к объему поглощенного кислорода) и коэффициентом ассимиляции водорослей AQ (отношение объема усвоенного углекислого газа к выделенному кислороду). Это равенство должно соблюдаться с точностью до 1%. Любое отклонение, превышающее эту величину, приведет к уменьшению количества кислорода для дыхания космонавтов на 1% в день. Поскольку коэффициент AQ зависит от количества подводимого к водорослям азота, то система, которая должна непрерывно регулировать состав атмосферы в космическом корабле и поддерживать требуемое соотношение RQ/AQ, будет весьма сложной, если не сказать больше. Питанием для водорослей будут отходы жизнедеятельности космонавтов. Водоросли же в свою очередь будут служить пищей для экипажа космического корабля. Помимо воды и углекислого газа для образования новой клеточной массы водорослям необходимы также связанный азот и определенные минеральные соли. Если предположить, что потребность космонавтов в пище будет покрываться только водорослями, то достаточно будет около 600 г сухих водорослей на 1 человека в день. Очень сомнительно, чтобы человек мог потреблять в пищу такое количество водорослей в течение продолжительного периода времени, хотя они и богаты необходимыми аминокислотами (за исключением серосодержащих метионина и цистина) и витаминами и содержат 40—60% белков, 10— 20% жиров и 20% углеводов. Эксперименты показали, что в суточной диете человека может содержаться около 100 г водорослей, большее количество водорослей в рационе вызывает у человека желудочно-кишечные расстройства. Как в СССР, так и в США ученые считают, что в замкнутой экологической системе жизнеобеспечения в качестве компонентов или звеньев цепочки питания можно использовать промежуточные формы жизни. Упоминают дрожжи, плесень, грибы, водяных блох, улиток, полевых слизней, угрей и другую рыбу, кроликов, цыплят и коз. Берут в расчет также картофель, капусту и ряску. Водоросли будут поедаться рыбами или другими животными, которых в свою очередь будет употреблять в пищу экипаж космического корабля. Однако такие предложения упускают из виду огромные трудности, связанные с переработкой в замкнутой СЖО шерсти, когтей, рогов, требухи животных и т. п. По словам известного микробиолога Роберта Г. Тишера, для космических кораблей «необходимо карликовое жвачное животное, размером, может быть, с кошку, не имеющее рогов, копыт, когтей, шерсти и т. п., которое можно было бы целиком употреблять в пищу». В качестве другого не менее фантастического источника пищи для будущих путешественников в космос предлагают производство формальдегида из метана. Это высокотоксичное вещество далее будет якобы перерабатываться во «вкусные и полезные сахара». Такое предложение является, по-видимому, плодом весьма богатого воображения, далекого, однако, от реалистического мышления. Более уместным и практичным был эксперимент, в котором принимали участие заключенные американской тюрьмы. В течение 6 недель они потребляли в пищу только специальную жидкость, в состав которой входили 20 аминокислот, жиры, несколько видов углеводов, витамины, минеральные соли и вода. Около 0,03 м3 этой жидкости достаточно для получения одним человеком 2000 ккал в день в течение месяца. Рис. 87. В блоке фотосинтеза замкнутой системы жизнеобеспечения для будущих продолжительных космических полетов часто предлагают использовать морские водоросли, подобные представленной на фото смеси Pandorina, Eudorina и Euglenia [увеличение в 325 раз] Еще более фантастично выглядит предложение делать конструктивные элементы внутри космического корабля из съедобных материалов, которые, таким образом, станут аварийными запасами пищи для космонавтов. Защитники этой идеи в качестве примера ссылаются на то, что в Японии сейчас делают пивные бутылки, спрессованные из порошка не употребляемых в пищу сортов рыбы. Ввиду всех этих связанных с использованием водорослей трудностей сегодня исследуют более эффективные биологические системы. На первом месте после водорослей стоят бактерии Hydrogenomonas eutropha, которые способны разлагать углекислый газ и позволяют получать воду и материал для строительства своей клеточной массы. Энергия для работы этой системы получается при бактериальном окислении водорода молекулярным кислородом. В такой гипотетической СЖО бактерии только разлагают углекислый газ. Кислород нужно получать электролизом воды. Судя по подсчетам, общий к. п. д. подобной системы близок к 30%. Однако необходимо еще проделать большую работу по повышению питательной ценности Hydrogenomonas (хотя они и содержат 70% белка) и пригодности их в качестве пищи для человека. Рис. 88. В качестве промежуточных животных организмов в замкнутой экологической системе можно использовать водяных блох [например, дафний]. Допускают, что поедающая водоросли дафния [на снимке желудок ее заполнен морскими водорослями] в свою очередь послужит пищей для космонавтов. Возможно, что окончательное решение проблем обеспечения космонавтов пищей лежит в создании космического корабля, который способен лететь со скоростью, близкой к скорости света. В этом случае могут быть сняты сложные проблемы питания космонавтов. Иногда считают, что при таких скоростях полета космического корабля пищеварительная система космонавта, как и его биологические часы, будет работать в 70 000 раз медленнее. Таким образом, космонавту потребуется только один прием пищи вместо 6570, которые он имел бы на Земле. Отставляя в сторону другие интересные, но далекие от практической реализации предположения, можно сказать, что проблема питания экипажа в очень продолжительных космических полетах является в настоящее время одной из тех областей научных исследований, которые требуют самого большого внимания. Вполне очевидна недостаточная надежность современных космических скафандров мягкой конструкции (см. главу V). Для исследования поверхностей планет более целесообразно и безопасно использовать «жесткие» скафандры. НАСА разрабатывает сейчас «антропоморфный», жесткий защитный скафандр постоянного объема, или, проще говоря, жесткий скафандр, который менее уязвим к проколам и который легче герметизировать. Поскольку он имеет почти постоянный внутренний объем, космонавт затрачивает немного усилий на «борьбу со скафандром», что составляет проблему в мягком скафандре конструкции сегодняшнего дня. Принцип работы шарнирных соединений жесткого скафандра тот же, что и мягкого, но его сильфоны состоят из набора металлических колец, соединенных друг с другом прорезиненной тканью. Однако можно использовать и целиком металлические сильфоны. Торсовая часть, а также рукава и брюки скафандра сделаны из металла или пластмассы и обеспечивают такую же защиту от микрометеоритов, как и мягкие скафандры. Перчатки по необходимости должны быть изготовлены из прорезиненной ткани, чтобы быть гибкими и обеспечивать космонавту необходимую тактильную чувствительность. Ботинки в таком скафандре жесткие, они отформованы в виде голландских башмаков на деревянной подошве, чтобы позволить космонавту передвигаться по поверхности Луны или планет. Рис. 89. Съедобный сладкий картофель, который предлагают использовать в качестве пищи для космонавтов будущих космических кораблей с замкнутой системой жизнеобеспечения. Кроме того, ботва картофеля, поглощая углекислоту, выделяет кислород В жестком скафандре можно создавать более высокое по сравнению с мягким скафандром внутреннее давление, однако вес скафандра при этом увеличивается, так как ему необходимо придать большую прочность. Рабочее внутреннее давление в современных жестких скафандрах составляет обычно 0,245 атм, а их вес (на Земле) — 30—36 кг. В совокупности с автономной ранцевой СЖО жесткий скафандр будет также полезен и при выполнении внешних сборочно-монтажных и ремонтных работ на долгодействующих орбитальных космических станциях или других космических летательных аппаратах. Рис. 90. Макет небольшого индивидуального летательного аппарата, так называемого космического такси, который будет использоваться в тех случаях, когда космонавт в скафандре, жестком или мягком, не сможет выполнять тяжелую физическую работу в открытом космосе. Для сборки больших космических станций и для других видов тяжелой физической работы космонавт будет применять манипуляторы с дистанционным управлением Несмотря на существующие в космосе условия невесомости, для тяжелых работ там может потребоваться миниатюрный летательный аппарат, который называют и космическим буксиром, и космическим такси и т. п. В таком аппарате один или несколько космонавтов будут пользоваться манипуляторами с дистанционным управлением, подобными используемым сейчас в лабораториях для работ с радиоактивными веществами. Рис. 91. Макет транспортной машины, проходящей испытания на полигоне с имитированным лунным грунтом. Мягкие пружинящие колеса очень удобны для передвижения по лунной почве, усыпанной камнями. В герметизированном переднем отсеке – места для двух космонавтов; в прицепе – контейнер для оборудования и образцов лунных пород Подводя итоги, можно сказать, что как в СССР, так и в США разрабатывают методы и технику для более широких и глубоких исследований космического пространства. Несомненно, что в ближайшем будущем программы космических исследований будут изменяться. В каждой стране есть много преданных своему делу ученых и инженеров, которые непрерывно изучают, строят планы, мечтают и работают во имя будущего освоения космоса. Благодаря им в космонавтике будет продолжаться непрерывное движение вперед. Вероятно, самым лучшим выражением веры в то, что человек, достигнув космоса, никогда не отступится от него, является высказывание пионера космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского, сделанное еще в 1911 году: «Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а потом завоюет все околосолнечное пространство».
|
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
![](/sites/default/files/pictures/2011/06/14/picture-12116.jpg)
Материал для проведения урока литературы по творчеству М.Е Салтыкова-Щедрина
Презентация о жизни и творчестве М.Е Салтыкова-Щедрина...
![](/sites/default/files/pictures/2012/01/07/picture-45585.jpg)
Материал к проведению урока по теме "Применение ядерной энергии"
Материал содержит презентацию "Ядерное оружие", исторические сведения о создании ядерного оружия,сведения о поражающих факторах оружия, о нейтронном и термоядерном оружии, о бомбардтровке Японии...
материал для проведения урока-дебатов на тему "Extreme sports"
Материал предназначен для проведения ролевой игры, которая является эфективной формой для развития коммуникативных навыков. Подготовлена предистория, разработаны ролевые карточки и тексты для предвари...
![](/sites/default/files/pictures/2011/11/08/picture-31291.jpg)
"Предшественники античной культуры. Крито-Микенская культура"- учебно-методический материал для проведения уроков Мировой художественной культуры и искусства в 8-9 классах.
Данный материал "Предшественники античной культуры. Крито-Микенская культура" знакомит учащихся 8-9 классов с историей и образами древнейших представителей раннего периода античной культуры, рассказыв...
![](/sites/default/files/pictures/2014/03/27/picture-425488-1395945493.jpg)
Презентация по ИЗО по теме "Перспектива". Материал для проведения уроков с использованием технологии проблемного обучения (6 класс).
Презентация по ИЗО по теме "Перспектива". Материал для проведения уроков с использованием технологии проблемного обучения (6 класс). Данная презентация подразумевает работу учащихся в пяти творческих ...