Primäres Lebenserhaltungssystem - Primary life support system

Ein tragbares Lebenserhaltungssystem aus dem Apollo A7L- Anzug, bei dem die äußere Hülle entfernt wurde

Ein primäres (oder tragbares oder persönliches ) Lebenserhaltungssystem (oder Subsystem ) ( PLSS ) ist ein Gerät, das an den Raumanzug eines Astronauten oder Kosmonauten angeschlossen ist und das außerfahrzeugliche Aktivitäten mit maximaler Freiheit unabhängig vom Lebenserhaltungssystem eines Raumfahrzeugs ermöglicht . Ein PLSS wird im Allgemeinen wie ein Rucksack getragen. Die vom PLSS ausgeführten Funktionen umfassen:

  • Anzugdruck regulieren
  • Bereitstellung von atmungsaktivem Sauerstoff
  • Entfernung von Kohlendioxid , Feuchtigkeit , Gerüchen und Verunreinigungen aus dem Einatmen von Sauerstoff
  • Kühlen und Rezirkulieren von Sauerstoff durch das Druckkleidungsstück und Wasser durch ein flüssiges Kühl- und Belüftungskleidungsstück oder ein flüssiges Kühlkleidungsstück.
  • Zwei-Wege-Sprachkommunikation
  • Anzeige oder Telemetrie von Anzugszustandsparametern
  • Telemetrie eines Indikators für den unmittelbaren Gesundheitszustand des Trägers (zB Herzfrequenz)

Die Luftbehandlungsfunktion eines PLSS ähnelt der eines Tauchrebreathers , da ausgeatmete Gase in einem geschlossenen Kreislauf in das Atemgas zurückgeführt werden.

Beim Einsatz in einer Mikrogravitationsumgebung wird im Allgemeinen ein separates Antriebssystem für Sicherheit und Kontrolle benötigt, da keine physische Verbindung zu einem Raumfahrzeug besteht.

Apollo PLSS

Das Innere des Apollo PLSS
Schema der A7L PLSS und OPS, mit Schnittstellen zum Astronauten und der Kabine der Mondlandefähre

Das tragbare Lebenserhaltungssystem, das bei den Apollo- Mondlandemissionen verwendet wurde, verwendet Lithiumhydroxid , um das Kohlendioxid aus der Atemluft zu entfernen, und zirkuliert Wasser in einem offenen Kreislauf durch ein flüssigkeitsgekühltes Kleidungsstück , das das Wasser in den Weltraum ausstößt, wo es zu Eis wird Kristalle. Ein Teil des Wassers wurde auch verwendet, um überschüssige Wärme aus der Atemluft des Astronauten zu entfernen, und gesammelt, um nach einer EVA in den Abwassertank des Raumfahrzeugs geleitet zu werden . Das PLSS enthielt auch einen Funktransceiver und eine Antenne für die Kommunikation, die über das Kommunikationssystem des Raumfahrzeugs zur Erde weitergeleitet wurden. PLSS-Steuerungen wurden in der Remote Control Unit (RCU) bereitgestellt, die auf der Brust des Astronauten montiert war. Sauerstoff und Wasser wurden für mehrere EVAs aus dem Umweltkontrollsystem des Raumfahrzeugs wiederaufladbar.

Die EVA-Zeiten der Mondoberfläche für die ersten vier Missionen (Apollo 11 bis 14) waren auf 4 Stunden begrenzt, wobei Sauerstoff bei 1.020 Pfund pro Quadratzoll (7,0 MPa), 3,0 Pfund (1,4 kg) Lithiumhydroxid, 8,5 Pfund (3,9 Liter) gespeichert wurde ) Kühlwasser und einen 279-Wattstunden-Akku. Für die erweiterten Missionen von Apollo 15 bis 17 wurde die EVA-Verweilzeit auf 8 Stunden verdoppelt, indem Sauerstoff auf 9,9 MPa (1,430 Pfund pro Quadratzoll), Lithiumhydroxid auf 1,42 kg (3,12 Pfund) und Kühlwasser auf 11,5 Pfund (5,2 .) erhöht wurde Liter) und die Akkukapazität auf 390 Wattstunden.

Für den Fall, dass das Hauptsystem ausfiel, wurde ein Notfall-Backup durch eine separate Einheit namens Oxygen Purge System (OPS) bereitgestellt, die auf dem PLSS direkt hinter dem Helm des Astronauten montiert war. Das OPS hielt den Anzugsdruck aufrecht und entfernte Kohlendioxid, Wärme und Wasserdampf durch einen kontinuierlichen, in den Weltraum abgeführten Einweg-Luftstrom. Bei Aktivierung versorgte das OPS einen separaten Einlass am Druckanzug mit Sauerstoff, sobald ein Entlüftungsventil an einem separaten Anzugsauslass manuell geöffnet wurde. Das OPS stellte maximal etwa 30 Minuten Notfallsauerstoff zum Atmen und Kühlen bereit. Dies könnte mit einem "Buddy-System" -Schlauch, der das funktionale PLSS des anderen Astronauten (nur) zur Kühlung verwendet, auf 75 bis 90 Minuten verlängert werden. Dadurch konnte das Entlüftungsventil teilweise geschlossen werden, um den Sauerstoffdurchsatz zu verringern.

James P. Lucas testet die PLSS im Houston Flight Center

Das PLSS war 26 Zoll (66 cm) hoch, 18 Zoll (46 cm) breit und 10 Zoll (25 cm) tief. Es wurde im Houston Flight Center von James P. Lucas, der für Hamilton Standard arbeitete , und von verschiedenen Astronauten in neutralen Auftriebstanks in Dallas getestet . Es wurde zum ersten Mal im Weltraum von Rusty Schweickart in einem Stand-up-EVA in der Erdumlaufbahn von Apollo 9 getestet . Sein PLSS wog 84 Pfund (38 kg) auf der Erde, aber nur 14 Pfund (entspricht dem Erdgewicht von 6,4 kg) auf dem Mond. Das OPS wog 41 Pfund (19 kg) auf der Erde (6,8 Pfund (entspricht dem Erdgewicht von 3,1 kg) auf dem Mond).

Space Shuttle/Internationale Raumstation PLSS

Ähnliche Systeme wurden von Space Shuttle- Astronauten verwendet und werden derzeit von Besatzungen der Internationalen Raumstation verwendet .

Das primäre Lebenserhaltungssystem für den EMU- Anzug, der auf dem Space Shuttle und der Internationalen Raumstation verwendet wird, wird von Hamilton Sundstrand hergestellt . Es wird an der Rückseite der Hard Upper Torso (HUT)-Baugruppe montiert .

Sauerstoff (O 2 ), Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasserdampf werden von den Extremitäten des Anzugs durch die Flüssigkeitskühl- und Belüftungskleidung oder LCVG angesaugt , die das Gas zum PLSS leitet . Wenn Gas in die PLSS eintritt, Aktivkohle entfernt Gerüche und Lithiumhydroxid (LiOH) entfernt Kohlendioxid. Als nächstes strömt das Gas durch einen Ventilator, der eine Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 6 Kubikfuß pro Minute aufrechterhält . Ein Sublimator kondensiert dann Wasserdampf, der durch einen "Schlürfer" und einen Rotationsabscheider entfernt wird. Das entnommene Wasser wird gespeichert und zur Ergänzung der im LCVG verwendeten Wasserversorgung verwendet. Der Sublimator kühlt auch den verbleibenden Sauerstoff auf etwa 13 °C ab. Ein Durchflusssensor überwacht die Durchflussmenge.

Nach Bedarf wird dem Durchfluss aus einem Vorratstank stromabwärts des Durchflusssensors zusätzlicher Sauerstoff hinzugefügt. Der Sauerstoff wird dann am Hinterkopf in den Anzug zurückgeführt, wo er über das Gesicht des Astronauten strömt. Durch die Zufuhr von Sauerstoff zum Helm und das Ansaugen von Gas aus den Extremitäten ist der Anzug so konzipiert, dass der Anzugträger den frischesten Sauerstoff einatmet.

Der Betriebsdruck des Raumanzugs wird bei Operationen außerhalb des Fahrzeugs bei 4.3  psi (30  kPa ) (0,3 atm ~ ein Drittel des atmosphärischen Erddrucks ) und bei 4,8 kPa (0.7 psi) relativ zum Außendruck im intravehikulären Modus ( dh im Inneren) gehalten das unter Druck stehende Raumfahrzeug).

Technologien entwickeln

Zu den Technologien, die für die Anwendung in zukünftigen PLSSs in Betracht gezogen werden, gehören die Druckwechseladsorption (PSA), ein Verfahren, mit dem CO 2 effizienter aus dem Gas abgetrennt werden kann, und durch einen wiederholbaren Prozess im Gegensatz zu den aktuellen LiOH-Kanistern, die mit jeder Verwendung gesättigt werden , und sind auf etwa acht Stunden begrenzt. Durch Regenerieren des Sorptionsmittels während der EVA können Größe und Gewicht des Sorptionsmittelbehälters stark reduziert werden. PSA erreicht dies durch Ablassen von CO 2 und Wasserdampf in den Weltraum.

Siehe auch

Verweise