Проект команды "DOKA48"

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск
Logo-baza.png

Космическая база. Проект "Жизнеобеспечение космической станции. Космическая мебель"



Космическая база


Содержание

Введение

Проблема

Актуальность

Цели

Задачи

Теоретическая часть. Основные технические требования к кораблю

Проектировка модуля(базы) космического корабля и собственных вариантов изделий для жилых модулей

Практическая часть. Наши конструкторские разработки

Технические требования к материалам для изготовления конструкций

Технические требования для системы дыхания

Технические системы для сбора отработанной воды в душевой космонавтов

Вывод

Информационные источники

Введение.: Космический корабль. Наверняка многие из вас, услышав это словосочетание, представляют себе нечто огромное, сложное и густонаселенное, целый город в космосе. Авторов фантастических фильмов ограничивает только фантазия в отличие от инженеров- конструкторов космической техники. А настоящий космический корабль размерами вовсе не впечатляет!

Сравнивая фото фантастического космического корабля и советского космического корабля Союз-19 видим, что настоящий корабль довольно маленький, а учитывая, что обитаемый объем занимает далеко не весь корабль, очевидно, что там должно быть довольно тесно.

Отсюда проблема:

Т. к. большие размеры корабля - это большая масса, а масса - враг номер один в космонавтике. Поэтому конструкторы космических кораблей стараются сделать их как можно легче, нередко, в ущерб комфорту экипажа.


Фантастический космический корабль
Космический корабль Союз-19

Актуальность: Космическая отрасль развивается. Планируются и совершаются долгосрочные полёты. Человек в космосе будет находиться длительное время: и работать, и жить, и отдыхать. Учитывая не большое внутренне пространство корабля надо создать максимально удобные условия для жизни и работы космонавтов.

Космонавты в космическом модуле за работой

Поэтому наша цель: мы хотим представить проект спроектированных условий жизнедеятельности космонавта на космическом корабле(базе), в том числе моделей мебели (оборудования для жизни) для кают-компании космического корабля, которая бы создала комфортные условия для космонавтов и отвечала техническим требованиям полётов в космосе, способствовала сохранению здоровья космонавтов. А также чтобы в помещении базы, где долговременно будут находиться космонавты, были эффективные системы очистки воздуха для дыхания и система сбора отработанной воды в душевом отсеке в условиях невесомости.

Задачи

  • для космической мебели: иметь мобильные складывающие конструкции, экономить место на корабле, а так же не выдерживать вес человека, а просто фиксировать его и предметы, с которыми он работает, на одном месте и поддерживать удобную позу, по возможности схожую с обычными позами, принимаемыми человеком в земных условиях. Очень важно соблюдать технические требования: мебель должна быть легкая, занимать как можно меньше места, отличаться простотой в сборке и складывании и быть комфортной для космонавтов.
  • задачи системы очистки воздуха: организовать систему очистки и вентиляции помещений, а так же его фильтрации для сбора мельчайших взвешенных частиц, которые находятся в помещении, чтобы при дыхании в невесомости они не попадали в дыхательные пути человека(рис.1)
  • задачи сбора отработанной воды в душевой: предложить систему сбора и утилизации капель воды, хаотично перемещающихся в невесомости(рис.4)


Теоретическая часть. Основные технические требования к кораблю.

  • 1 Техническое условие: Экономия массы: при размещении всех приборов в герметичном отсеке, этот отсек получился бы довольно большим, а поскольку ему нужно удерживать внутри себя атмосферное давление и выдерживать значительные механические и тепловые нагрузки во время входа в плотные слои атмосферы при спуске на землю, стенки его должны быть толстыми, прочными, что делает всю конструкцию очень тяжелой. А негерметичному отсеку, который при возврате на землю отделится от спускаемого аппарата и сгорит в атмосфере, прочные тяжелые стенки не нужны. Спускаемый аппарат без лишних при возврате приборов получается меньше и соответственно легче.
  • 2 Техническое условие: форма и площадь поверхности. Сферическая форма ему придается тоже для уменьшения массы, ведь из всех геометрических тел одинакового объема сфера имеет самую маленькую площадь поверхности.
  • 3 Техническое условие: температурный режим: в белый цвет этот отсек покрашен не просто так. Дело в том, что стенки отсека пронизаны множеством трубок, по которым циркулирует вода. Это система отвода избыточного тепла, получаемого от Солнца. На кораблях Восток радиаторы были расположены на поверхности конического приборно-агрегатного отсека и закрывались заслонками, похожими на жалюзи. Открывая разное количество заслонок, можно было регулировать теплоотдачу радиаторов, а значит и температурный режим внутри корабля.
  • 4 техническое условие: материалы и функциональность. Например. Американский научный модуль имеет 8,5 метров в длину, 4,3 метра в ширину и изготовлен из алюминиевых сплавов.


Практическая часть. Проектировка модуля(базы) космического корабля и собственных вариантов изделий для жилых космических модулей

Каждый отсек и кают-компания должны быть оборудованы удобной, мобильной мебелью (1-спальный отсек, 2-сантехнический отсек, 3-4 отсеки-для хранения продовольствия, 5- коридор, 6-10-секции-лаборатории, пульт управления, кают-компания, 10- шлюзовой отсек).

До сих пор космонавты спали, забравшись в спальный мешок и привязавшись где-нибудь к стенке, чтобы воздушные течения в невесомости не носили человека по кабине. Так же, на весу, питались и отдыхали. Однако теперь надо снабдить космический дом своеобразной мебелью.

Чертёж жилых и рабочих модулей космического корабля(базы)

Эскизы выполнены в программе Paint Tool Sai.

рис.1 Бытовые отсеки космического модуля(базы)


Наши конструкторские разработки

Среди предметов космической обстановки будет комбинированный стул-кресло с пюпитром для письма и стол-трансформер. Он позволяет читать в удобной позе, не опасаясь, что бумагу унесет воздушными течениями. К такому столу могут пристегнуться до 6 человек. На передних углах пюпитра - фиксаторы, позволяющие сцепиться с другим таким же стулом и, сидя лицом к лицу с коллегой, обсуждать общие проблемы и сообща проводить эксперименты.

На спинке - магнит для крепления к другим поверхностям. Ученые всего мира смогут использовать такие условия для экспериментов, своих работ в медицине, технологии, биотехнологии, физике,материаловедении, и изучении Земли. Для этого необходимо создать для них комфортные условия проживания. Те же фиксаторы позволят собраться группе космонавтов за общим обеденным столом практически так же, как это бывает на Земле. (фото 1, 2)

фото 1.Конструкция: стул с пюпитром
фото 2.Комплекс позволяет писать и читать в удобной позе, не опасаясь, что бумагу унесет воздушными течениями

Еще одним вариантом космической мебели может быть многофункциональный стол-трансформер. Он обладает большой прочностью и устойчивостью, так как одной стороной он крепко прикрепляется к стене космического корабля. На нем фиксируются выдвижные панели, поэтому после окончания работы его можно сделать максимально компактным путём задвижки или складывания панелей.

Выполнены в программе SketchUp Pro (3D - моделирование).


Мы определили технические требования к материалам для изготовления конструкций:

  • Мебель можно сделать из пластика. Пластиковая мебель практична, имеет небольшую стоимость, но довольно хрупкая.
  • В изготовлении мебельных конструкций можно использовать алюминий, так как это один из самых легких металлов, а также его сплавы. К тому же металлическая мебель имеет ряд достоинств: прочность, легкость сборки из модульных элементов, устойчивость к повреждениям.
  • Предлагаем использовать надувные конструкции, которые отличаются легкостью и компактностью. Долгосрочность служения надувной мебели обусловлена качеством ее материала. В большинстве случаев ее изготавливают из прочного, толстого винила или полиолефина, прибегая к помощи специальных конструкций, способных увеличить ее устойчивость, жесткость и надежность.
  • После возвращения на Землю космонавты испытывают значительные трудности с привыканием к земной гравитации и нуждаются в помощи. Известно, что в космосе рост человека увеличивается в среднем на 3 см, т. к. отсутствие силы земного тяготения расправляет межпозвоночные диски человека.

Поэтому, разработанный стул снабжаем роликами на спинке стула для массажа спина. Ролики соединены цепной передачей с педалями велосипеда.

Т. о. тренируя мышцы ног, космонавт одновременно обеспечивает себе и массаж длинных мышц спины, улучшается кровоснабжение области позвоночника.

рис.2 Космическое кресло с массажными роликами на спинке и педалями для тренировки ног

Эскизы выполнены в программе Paint Tool Sai.
рис.3 Космическое кресло с цепной передачей


Технические требования для системы дыхания:

Человек в сутки потребляет около 800 л. (2,7 кг) кислорода. Хранить его на корабле можно в баллонах либо в газообразном состоянии под большим давлением, либо в жидком виде. Однако для 1 кг такой жидкости необходимо 2 кг металла, из которого изготовлены кислородные баллоны, а сжатый газ и того больше — до 4 кг на 1 кг кислорода.А это лишний вес. Чтобы обойтись и без баллонов на борт космического корабля можно загружать не чистый кислород, а химические вещества, содержащие его в связанном виде.

Например. Много кислорода в окислах и солях некоторых щелочных металлов, в известной всем перекиси водорода. Причем у окислов есть еще одно очень существенное достоинство: одновременно с выделением кислорода они очищают атмосферу кабины, поглощая вредные для человека газы. Но они не поглощают микрочастицы летающие в пространстве кабины. Организм человека беспрерывно потребляет кислород, вырабатывая при этом углекислый газ, окись углерода, водяной пар и много других веществ. Накопившиеся в замкнутом объеме отсеков корабля, окись углерода и углекислый газ могут вызвать отравление космонавтов.

Значит воздух кабины необходимо постоянно пропускать через ёмкости с окислами щелочных металлов. При этом происходит химическая реакция: выделяется кислород, а вредные примеси поглощаются. Например, 1 кг надперекиси натрия содержит 610 г. кислорода и уже при 100°С начинает выделять кислород:

Formula DOKA4801.png

Мы предлагаем перед системой с сосудами с окислами ставить вентиляторы с фильтрами, на которых будут оседать мельчайшие взвешенные частицы, перемещающиеся в невесомости, чтобы предотвратить попадание их в дыхательные пути.

Технические системы для сбора отработанной воды в душевой космонавтов:

Сантехническая кабина, где космонавт может совершать гигиенические процедуры, снабжается душем. Чтобы капли воды не висели в пространстве предлагаем направленными потоками воздуха засасывать их в воронки и собирать в бак-накопитель, находящийся в полу кабины.

В дальнейшем, путём очистки данную воду можно использовать для технических целей повторно.

рис.4.Система вентиляции воздуха

1-система вентиляции и фильтрации воздуха
2- душевая кабина с системой сбора отработанной воды потоком воздуха


Вывод

И так, разработанная нами система условия жизнеобеспечения отвечает всем предложенным техническим требованиям. Мобильная мебель для кают-компании космического корабля отличается эффективностью использования, универсальностью. Снабжённые роликами кресла позволяют тренировать ноги и, одновременно, поддерживать в тонусе мышцы спины космонавта.

Материалы, из которых предложено её изготавливать, так же отвечают всем техническим требованиям.

Система воздухообеспечения и очистки воздуха, на наш взгляд, эффективна и она используется на космических кораблях. Наше предложение о фильтрации воздуха не позволит взвешенным частицам, плавающим в невесомости, попасть в дыхательные пути человека.

Система сбора воды в душевой не позволит каплям разлетаться по всему сантехническому помещению, эффективно будут собираться в бойлер и, далее, после повторной очистки, вновь использоваться в технических целях. Т. о. все разработанные нами системы отвечают требованиям экономичности, универсальности, удобны в эксплуатации и дешевы в производстве. Всё это позволит космонавтам более комфортно жить и работать на космических базах.


Информационные источники

1. Астрономия и космос

2. Википедия. Надпероксид натрия

3. Журнал «Наука и жизнь»

4. Жизнь на орбите или как выжить космонавту в условиях МКС

5. статья «Техника. Международная космическая станция»

6. Что такое орбитальная станция?



На визитку команды

На список проектов всех команд

На страницу проекта Самара. Космос. Новый виток

На главную