Система жизнеобеспечения

Система жизнеобеспечения предназначена для поддержания нормальных условий работы экипажа внутри аппарата. Она представляет собой совокупность подсистем, выполняющих следующие функции: подачу кислорода; удаление углекислого газа; удаление запахов и вредных примесей с малыми концентрациями; регулирование температуры и влажности; аварийную подачу воздуха.

Наибольшее значение имеют подсистемы подачи кислорода, удаления углекислого газа и регулирования температуры и влажности.

Подсистемы могут быть автономными или комбинированными.

На зарубежных аппаратах применяют в основном подсистемы подачи сжатого кислорода из баллонов и удаления углекислого газа с помощью гидроокиси лития. Исключение составляют аппараты "Бен Франклин", на котором применен криогенный способ хранения кислорода, и "Стар-3", где очистка воздуха от углекислого газа осуществляются над перекисью калия.

Современные системы жизнеобеспечения подводных аппаратов работают в основном по разомкнутому циклу. Характерным для них является наличие на борту аппарата запаса кислорода и других химических веществ, воды, продуктов питания и накопление отходов жизнедеятельности в специальных поглотителях и сборниках. Масса и объем таких систем пропорциональны численности экипажа и автономности аппарата.

Уменьшение массы и объема системы может быть достигнуто за счет применения регенеративных принципов и замкнутого цикла. В таких системах пары воды из кондиционера, моча, мытьевая вода и вода из реактора углекислого газа обрабатываются и восстанавливаются до кондиций питьевой и мытьевой воды в подсистеме обработки воды. Часть воздуха из кондиционера направляется через фильтр очистки от вредных примесей с активированным углем и каталитический фильтр для удаления примесей с малыми концентрациями. В кондиционере воздух осушается и охлаждается. Сконденсированные водяные пары поступают в подсистему обработки воды. Кислород восстанавливается в соответствующей подсистеме из углекислого газа физико-химическим способом.

Большую работу по созданию регенеративных систем замкнутого цикла ведет научно-исследовательский центр NASA (США, Ленглей) с привлечением авиакосмических и судостроительных фирм.

Создание систем, гарантирующих поддержание заданного газового состава и параметров воздуха, возможно лишь при наличии данных о количественных характеристиках и кинетике выделения вредных веществ в атмосферу аппарата. Морским технологическим обществом (США) разработаны рекомендации по обеспечению безопасности при проектировании систем жизнеобеспечения [63]. Рекомендации содержат, в частности, данные о предельно допустимых концентрациях вредных выделений в обитаемом отсеке.

Большое значение в обеспечении приемлемой газовой среды в обитаемом отсеке аппарата имеет борьба с выделениями вредных веществ путем устранения самого источника их поступления. Фирма "Локхид" (США), например, разработала и осуществляет программу контроля за применяемыми материалами от начальных стадий проектирования до постройки и эксплуатации аппарата. Программа предусматривает строгий отбор всех используемых материалов, лабораторные исследования материалов с неизвестными свойствами и т. д.

Дыхательная среда в обитаемом отсеке должна удовлетворять требованиям обмена веществ, необходимого для обеспечения деятельности экипажа не только в нормальных, но и в аварийных условиях. Аварийная система обеспечения дыхания должна работать в течение времени, необходимого аппарату для всплытия на поверхность с максимальной рабочей глубины погружения или для устранения аварии на грунте. Желательно использовать аварийные дыхательные системы закрытого контура, которые исключают повышение давления в отсеке. В этом смысле применение автономных дыхательных аппаратов типа скуба (открытого контура) нецелесообразно.

Большинство зарубежных фирм считает, что для обеспечения безопасности подводных аппаратов их автономность по средствам регенерации дыхательной среды должна быть не менее 72 ч на каждого члена экипажа [18].

Остановимся кратко на системах жизнеобеспечения некоторых зарубежных подводных аппаратов.

SM-350 (Франция). Рабочая глубина 600 м, водоизмещение 26 т. Аппарат имеет водолазный отсек. Экипаж - 5 человек, в том числе 2 водолаза. По запасам кислорода жизнедеятельность экипажа обеспечивается в течение 5 дней. Кислород хранится в автономных баллонах вне прочного корпуса, разделенных на две подсистемы, построенные таким образом, что неисправность одной из них не влияет на работу другой.

Регенеративная установка, предназначенная для удаления СO₂ , состоит из вентилятора и регенеративных коробок с натронной известью, соединенных с вентилятором трубопроводами. В случае неисправности вентиляторов экипаж надевает маски, которые подсоединяются непосредственно к регенеративным коробкам. Вдох осуществляется из отсека, а выдыхаемый воздух проходит через натронную известь.

Контроль за подачей гелиокислородной смеси в водолазный отсек и контроль за декомпрессией ведется из отсека операторов. Баллоны с кислородом и с гелиокислородной смесью дублированы. Гелиокислородная смесь имеет подогрев.

Для поддержания нормальной температуры в обитаемых отсеках применена теплоизоляция корпуса аппарата эпоксидной пеной с включенными в нее стеклянными микросферами и предусмотрен обогрев отсеков с помощью герметичных электрогрелок.

ЛЕО-1 (США). Система жизнеобеспечения состоит из емкостей с кислородом, кислородоподающего механизма, устройства удаления углекислого газа и газоаналитической аппаратуры. Общее время работы системы, включая ее аварийный режим, составляет 7 сут для экипажа из двух человек. Бортовой запас кислорода хранится в четырех баллонах, три из которых расположены вне прочного корпуса, а один, меньшего размера,- внутри обитаемого отсека. Кислород от забортных баллонов входит в отсек по двум независимым магистралям, а кислород от внутреннего баллона поступает непосредственно к кислородоподающему механизму. Малый баллон содержит рабочий расходный запас кислорода, а забортные используются лишь в аварийных случаях. Уровень подачи кислорода в отсек регулируется кислородоподающим механизмом, управляемым вручную.

Углекислый газ удаляет из отсека поглотительная установка, кассета которой заряжена гидроокисью лития. Расход воздуха через кассету обеспечивается вентилятором с электроприводом. В бортовой комплект запасных частей аппарата включен второй резервный электродвигатель. Запас поглотителя CO₂ на борту аппарата обеспечивает 340 чел.-ч работы установки.

Контрольно-измерительная аппаратура системы жизнеобеспечения включает индикаторы содержания в воздухе кислорода, углекислого газа, барометр, термометр, реле времени со звуковой индикацией для напоминания экипажу о времени включения агрегатов системы и экспресс-анализатор для определения содержания вредных газообразных примесей.

В состав системы в качестве аварийного средства включен комплект индивидуальных дыхательных аппаратов типа Драгера со временем работы 45 мин. Кроме того, предусмотрена возможность использования для дыхания бортового запаса сжатого воздуха с помощью индивидуальных дыхательных автоматов. Бортового запаса воздуха достаточно для нескольких часов дыхания всего экипажа. При этом давление воздуха в отсеке не поднимается до опасной величины. Эти аварийные системы позволяют экипажу в случае непригодности для дыхания атмосферы отсека нормально дышать в течение всего времени всплытия аппарата с максимальной рабочей глубины.

"Пайсис" (Канада). Система жизнеобеспечения состоит из баллонов с кислородом, рассчитанных на пребывание в отсеке трех человек в течение 3 сут, и кассет с химическим поглотителем CO₂. Кислород постоянно подается через расходомеры из расчета 0,4 л/мин на одного человека. Очистка воздуха от углекислого газа и углеводородов производится периодически. В состав контрольно-измерительной аппаратуры системы, кроме приборов, контролирующих состав атмосферы в отсеке, входят барометр, гигрометр, термометр, бортовые часы и таймеры.

Относительная влажность в обитаемой сфере быстро достигает 100%. Влага конденсируется на стенках отсека и стекает под пайолы в трюм.

Давление в отсеке поддерживается в пределах одной атмосферы. Если же после длительного погружения оно значительно превысит внешнее атмосферное давление, то во избежание баротравмы люк открывать следует очень медленно, стравливая избыток давления. В случаях, когда давление в отсеке значительно ниже атмосферного, его выравнивают воздухом из системы высокого давления.

Для использования в аварийных условиях служат автономные дыхательные аппараты типа Драгера, каждый из которых обеспечивает жизнеспособность в течение 45 мин.

"Бен Франклин" (США). Регулирование параметров воздушной среды внутри аппарата осуществляется с использованием жидкого кислорода. Автономность плавания при этом составляет 30 дней.

Система жизнеобеспечения включает подсистемы криогенного хранения кислорода и удаления CO₂ гидроокисью лития. В отсеках автоматически поддерживается содержание кислорода 21% и углекислого газа менее 1%. Для очистки воздуха от вредных примесей с малыми концентрациями служит активированный уголь.

Во время дрейфа аппарата в Гольфстриме температура воздуха в отсеках поддерживалась в пределах 21-26 °С при относительной влажности 57-65% и температуре внутренней поверхности обитаемого отсека 14-18 °С.