Основная (или портативная или персональная ) система жизнеобеспечения (или подсистема ) ( PLSS ) — это устройство, подключенное к скафандру астронавта или космонавта , которое позволяет осуществлять внекорабельную деятельность с максимальной свободой, независимо от системы жизнеобеспечения космического корабля . PLSS обычно носится как рюкзак. Функции, выполняемые PLSS, включают:
Функция обработки воздуха в ПЛСС аналогична функции ребризера для дайвинга , в том смысле, что выдыхаемые газы возвращаются в дыхательный газ в замкнутом контуре.
При использовании в условиях микрогравитации для обеспечения безопасности и управления обычно требуется отдельная двигательная установка, поскольку физическая связь с космическим аппаратом отсутствует.
Портативная система жизнеобеспечения, используемая в лунных миссиях Apollo, использовала гидроксид лития для удаления углекислого газа из дыхательного воздуха и циркулировала воду в открытом контуре через охлаждаемую жидкостью одежду , выбрасывая воду в космос, где она превращалась в кристаллы льда. Часть воды также использовалась для удаления избыточного тепла из дыхательного воздуха астронавта и собиралась для сброса в бак сточных вод космического корабля после выхода в открытый космос. PLSS также содержала радиопередатчик и антенну для связи, которые передавались через систему связи космического корабля на Землю. Управление PLSS было предусмотрено в блоке дистанционного управления (RCU), установленном на груди астронавта. Кислород и вода могли перезаряжаться для нескольких выходов в открытый космос от системы контроля окружающей среды космического корабля.
Время выхода в открытый космос на поверхности Луны для первых четырех миссий (Аполлон 11–14) было ограничено 4 часами, с кислородом, хранящимся при давлении 1020 фунтов на квадратный дюйм (7,0 МПа), 3,0 фунта (1,4 кг) гидроксида лития, 8,5 фунтов (3,9 литра) охлаждающей воды и аккумулятором на 279 Вт·ч. Для расширенных миссий Аполлона 15–17 время пребывания в открытом космосе было удвоено до 8 часов за счет увеличения кислорода до 1430 фунтов на квадратный дюйм (9,9 МПа), гидроксида лития до 3,12 фунтов (1,42 кг), охлаждающей воды до 11,5 фунтов (5,2 литра) и емкости аккумулятора до 390 Вт·ч. [1]
Аварийное резервное копирование было предусмотрено на случай отказа основной системы, с помощью отдельного блока, называемого системой продувки кислородом (OPS), установленного поверх PLSS, сразу за шлемом астронавта. OPS поддерживал давление в скафандре и удалял углекислый газ, тепло и водяной пар через непрерывный односторонний поток воздуха, выпускаемый в космос. При активации OPS подавал кислород в отдельный вход на скафандре, как только вручную открывался выпускной клапан на отдельном выходе скафандра. OPS обеспечивал максимум около 30 минут аварийного кислорода для дыхания и охлаждения. [2] Это можно было продлить до 75–90 минут с помощью шланга «системы напарника», который использовал функциональный PLSS другого астронавта для охлаждения (только). Это позволяло частично закрыть выпускной клапан, чтобы уменьшить скорость потока кислорода. [1]
PLSS был 26 дюймов (66 см) в высоту, 18 дюймов (46 см) в ширину и 10 дюймов (25 см) в глубину. Он был испытан в Хьюстонском летном центре Джеймсом П. Лукасом, работающим на Hamilton Standard , и различными астронавтами в резервуарах с нейтральной плавучестью в Далласе. Он был впервые испытан в космосе Расти Швейкартом во время стоячего выхода в открытый космос на околоземной орбите на Аполлоне 9. Его PLSS весил 84 фунта (38 кг) на Земле, но всего 14 фунтов (эквивалент веса Земли 6,4 кг) на Луне. OPS весил 41 фунт (19 кг) на Земле (6,8 фунта (эквивалент веса Земли 3,1 кг) на Луне). [3]
Аналогичные системы использовались астронавтами космических кораблей «Спейс шаттл» и в настоящее время используются экипажами Международной космической станции .
Основная система жизнеобеспечения для костюма EMU , используемого на космическом челноке и Международной космической станции, производится компанией Hamilton Sundstrand . Она крепится к задней части узла Hard Upper Torso (HUT).
Кислород (O2 ) , углекислый газ (CO2 ) и водяной пар вытягиваются из конечностей костюма с помощью жидкостного охлаждения и вентиляции или LCVG , который отправляет газ в PLSS. Когда газ попадает в PLSS, активированный уголь удаляет запахи, а гидроксид лития (LiOH) удаляет углекислый газ. Затем газ проходит через вентилятор, который поддерживает скорость потока около шести кубических футов в минуту. Затем сублиматор конденсирует водяной пар, который удаляется «слюрпером» и роторным сепаратором. Удаленная вода хранится и используется для пополнения запаса воды, используемого в LCVG. Сублиматор также охлаждает оставшийся кислород примерно до 55 °F (13 °C). Датчик потока контролирует скорость потока.
Дополнительный кислород добавляется к потоку из резервуара для хранения по мере необходимости, ниже по потоку от датчика расхода. Затем кислород возвращается в костюм на затылке, где он стекает по лицу астронавта. Поставляя кислород в шлем и забирая газ из конечностей, костюм разработан таким образом, чтобы гарантировать, что пользователь костюма дышит максимально свежим кислородом.
Рабочее давление скафандра поддерживается на уровне 4,3 фунта на квадратный дюйм (30 кПа ) (0,3 атм. ~ одна треть от атмосферного давления Земли ) во время внекорабельных операций и 0,7 фунта на квадратный дюйм (4,8 кПа) относительно внешнего давления во время внутрикорабельных операций ( т. е . внутри герметичного космического корабля).
Технологии, рассматриваемые для применения в будущих PLSS, включают адсорбцию при переменном давлении (PSA), процесс, с помощью которого CO 2 может быть отделен от газа более эффективно и посредством повторяющегося процесса, в отличие от текущих канистр LiOH, которые насыщаются при каждом использовании и ограничены примерно восемью часами. [4] Регенерируя сорбент во время EVA, можно значительно уменьшить размер и вес сорбционной канистры. PSA достигает этого путем выпуска CO 2 и водяного пара в космос. [5]