УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В СКАФАНДРЕ ДЛЯ РАБОТЫ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ

Данная полезная модель относится к космическим скафандрам, обеспечивающим жизнедеятельность и работоспособность космонавтов при выходе в открытый космос.
Известен применяемый на международной космической станции (МКС) скафандр для работы в открытом космосе «Орлан-М» (И.П.Абрамов, М.Н.Дудник, В.И.Сверщек, Г.И.Северин, А.И.Скуг, А.Ю.Стоклицкий. Космические скафандры России. Москва, ОАО «НПП «Звезда», 2005г.)
Скафандр имеет в своем составе автономную систему обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ), включающую в себя комплекс подсистем, в том числе систему терморегулирования (СТР).
СТР скафандра состоит из двух контуров: вентиляционного контура и контура водяного охлаждения космонавта.
Вентиляционный контур включает в себя патрон-поглотитель выделяемого человеком углекислого газа, вентилятор для приведения в движение вентилирующего газа в скафандре и охлаждающий газ сублимационный теплообменник.
Основное охлаждение космонавта осуществляется с помощью контура водяного охлаждения.
Контур состоит из одеваемого космонавтом костюма водяного охлаждения (КВО), в трубках которого циркулирует охлажденная вода, насоса для приведения воды в движение и охлаждающего воду сублимационного теплообменника.
В сублимационном теплообменнике циркулирующая вода и газ вентиляционного контура охлаждаются за счет сублимации воды, поступающей из дополнительной емкости, в окружающий космический вакуум. Сублимация происходит при температуре около 0°С, что обеспечивает достаточно глубокое (около 5°С) охлаждение воды после теплообменника.
В процессе работы в открытом космосе космонавт меняет уровень физической активности (тяжелая работа, средняя работа, легкая работа, отдых). В соответствии с этим меняются энерготраты космонавта и, следовательно, его тепловыделения.
Для того, чтобы теплосъем с тела космонавта посредством КВО соответствовал его тепловыделениям, необходимо регулировать температуру воды в КВО.
Для обеспечения возможности регулирования температуры воды водяной контур разделен на две линии потока: охлаждаемая линия, в которой поток воды проходит через сублимационный теплообменник, и байпасная линия, в которой поток не проходит через теплообменник и остается теплой.
В скафандре - прототипе «Орлан-М» терморегулирование осуществляется космонавтом вручную.
По собственным теплоощущениям космонавт с помощью трехходового крана «Тепло-Холод» вручную изменяет расходы воды в указанных выше линиях и таким образом устанавливает температуру воды в КВО, чтобы обеспечить тепловой комфорт.
Недостатками этой СТР - прототипа являются:
- наличие сложного и громоздкого ручного крана «Тепло-Холод» в существующих скафандрах;
- возникновение дополнительных физических нагрузок космонавту для управления краном «Тепло-Холод» в скафандре под избыточным давлением;
- необходимость специального обучения космонавта по отработке режимов терморегулирования;
- возможные перегрев или переохлаждение космонавтов при выполнении внекорабельной деятельности, так как регулирование по теплоощущениям часто сопровождается ошибками, например такими, как запаздывание переключений крана «Тепло-Холод»;
- отвлечение внимания космонавта на управление СТР при выполнении внекорабельной деятельности в процессе выхода в космос;
Задачей изобретения является создание устройства автоматического регулирования температуры в скафандре.
2
Поставленная техническая задача решается устройством автоматического регулирования температуры в скафандре, состоящим из контура водяного охлаждения, включающего теплообменник, насос для перекачки охлаждающей воды, костюм водяного охлаждения с датчиком температуры на входе в костюм, и вентиляционного контура, включающего поглотитель углекислого газа, теплообменник для охлаждения газа, вентилятор для создания расхода газа, датчики измерения концентрации углекислого газа на входе и выходе поглотителя СО, датчик расхода газа, в которое предложено встроить:
- специальные электромагнитные клапаны, управляющие подачей охлаждающей воды в костюм водяного охлаждения, в контур водяного охлаждения;
2
- микроЭВМ, принимающую сигналы, поступающие с датчиков содержания СО и датчика расхода газа, с последующей обработкой полученной информации на основе специальной программы и передачей сигналов на электромагнитные клапаны, управляющие подачей охлаждающей воды в костюм водяного охлаждения.
2
2
На фиг.1 представлено заявляемое устройство, включающее: вентиляционый контур скафандра 1, костюм водяного охлаждения КВО 2, вентилятор 3, электромагнитные клапаны (ЭМК) 4, 5, патрон-поглотитель СО 6, датчики содержания СО 7, 8, теплообменник - сублиматор 9, микроЭВМ 10, охлаждаемую линию теплообменника 11, линию байпаса 12, насос 13, датчик температуры 14, датчик расхода газа 15, контур водяного охлаждения 16.
Устройство работает следующим образом.
Тепло, выделяемое человеком, отводится в основном контуре водяного охлаждения 16, в котором имеется КВО 2. Охлаждение воды осуществляется с помощью теплообменника-сублиматора 9, где за счет фазового превращения (сублимации воды в вакуум окружающего космического пространства) происходит отвод тепла.
Вода в контуре водяного охлаждения после теплообменника-сублиматора 9 имеет температуру около 5°С. КВО 2, одетый на человека, за счет контакта охлаждающих трубок с поверхностью тела может обеспечивать теплосъем до 500 Вт.
вхКВО
Каждому уровню энерготрат ставится в соответствие интервал автоматически регулируемых температур Т.
2
Устройство автоматического регулирования температуры в скафандре обеспечивает регулирование режимов охлаждения с помощью микроЭВМ 10, в которую поступает текущая информация о параметрах с датчиков содержания СО 7, 8 и датчика расхода газа 15.
МикроЭВМ 10 в соответствии с программой, выдает сигналы на открытие-закрытие электромагнитных клапанов (ЭМК) 4, 5, установленных в линии теплообменника 11 и линии байпаса 12.
Основное регулирование осуществляется при открытии-закрытии клапана 5 в охлаждаемой линии теплообменника 11. Большую часть времени клапан 4 в линии байпаса 12 находится в открытом состоянии.
вхКВО0
При увеличении начальных энерготрат выше исходного уровня, которому соответствовала температура воды Т, клапан 5 охлаждаемой линии теплообменника, который до этого момента был закрыт, открывается, и в гидросистему скафандра начинает поступать вода, охлаждаемая в теплообменнике 9.
вхКВО
Когда температура воды Т понижается до уровня, соответствующего текущему уровню энерготрат, клапан 5 закрывается, обеспечивая необходимое равновесие.
вхКВО
В случае дальнейшего повышения уровня энерготрат клапан 5 снова открывается и происходит дальнейшее понижение температуры воды Т и т.д.
вхКВО
При понижении уровня энерготрат, когда космонавт переходит к более легкой работе или отдыху, клапан 5 закрывается и остается в закрытом состоянии до тех пор, пока температура воды Т не увеличивается до расчетного уровня, требующего понижения температуры, то есть открытия клапана 5.
вхКВО
В случае необходимости понижения температуры Т до минимального уровня, обеспечиваемого теплообменником 9, предусматривается, кроме открытия клапана 5, кратковременное закрытие нормально открытого клапана 4 линии байпаса.
В этом случае также достигается максимальная скорость понижения температуры, которая не может быть получена только за счет включения клапана 5 линии теплообменника.
Таким образом, решается задача создания устройства автоматического регулирования температуры в скафандре для работы в открытом космосе с таким конструктивным выполнением, которое позволяет повысить комфорт пребывания космонавта в скафандре, уменьшить количество его действий с органами управления скафандра при выходе в открытый космос и повысить безопасность.