Sauerstofftoxizität vs. Apollo-Missionsvorbereitung

In dem Artikel über das Design des Apollo-Kommandomoduls habe ich gelesen:

  • Die Kabinenatmosphäre beim Start wurde auf 60 % Sauerstoff und 40 % Stickstoff bei Meeresspiegeldruck geändert: 14,7 psi (10,1 N/cm2). Während des Aufstiegs wurde die Kabine schnell auf 5 psi (3,4 N/cm2) entlüftet, wodurch ungefähr 2/3 des ursprünglich beim Start vorhandenen Gases freigesetzt wurden. Die Entlüftung wurde dann geschlossen und das Umgebungskontrollsystem hielt einen nominellen Kabinendruck von 5 psi (3,4 N/cm2) aufrecht, während das Raumfahrzeug weiter ins Vakuum ging. Die Kabine wurde dann sehr langsam gespült (in den Weltraum entlüftet und gleichzeitig mit 100% Sauerstoff ersetzt), sodass die Stickstoffkonzentration am nächsten Tag asymptotisch auf Null abfiel. Obwohl die Startatmosphäre der neuen Kabine deutlich sicherer war als 100 % Sauerstoff, enthielt sie immer noch fast dreimal so viel Sauerstoff wie gewöhnliche Luft auf Meereshöhe (20,9 % Sauerstoff). Dies war notwendig, um einen ausreichenden Sauerstoffpartialdruck zu gewährleisten, wenn die Astronauten nach Erreichen des Orbits ihre Helme abnahmen. (60 % von 5 psi sind 3 psi, verglichen mit 20,9 % von 14,7 psi (10,1 N/cm2) oder 3,07 psi (2,12 N/cm2) in Luft auf Meereshöhe.)

  • Die Umgebung in den Druckanzügen der Astronauten wurde nicht verändert. Aufgrund des schnellen Druckabfalls in der Kabine (und im Anzug) während des Aufstiegs war eine Dekompressionskrankheit wahrscheinlich, es sei denn, der Stickstoff war vor dem Start aus dem Gewebe der Astronauten entfernt worden. Sie atmeten immer noch reinen Sauerstoff, beginnend einige Stunden vor dem Start, bis sie ihre Helme im Orbit abnahmen. Das Vermeiden der "Biegungen" wurde als das Restrisiko eines sauerstoffbeschleunigten Feuers innerhalb eines Anzugs wert angesehen.

(Hervorhebung von mir)

Der Artikel über die Sauerstofftoxizität enthält die folgende Tabelle:Sauerstoffvergiftung bei 27 m (90 Fuß) im Trockenen bei 36 Probanden in der Reihenfolge ihrer Leistung

"Mehrere Stunden" scheinen viel länger zu sein als die 96 Minuten, die die ausdauerndste Testperson aushielt, um reinem Sauerstoff bei atmosphärischem Druck ausgesetzt zu sein, und das Risiko eines sauerstoffbeschleunigten Feuers in einem Anzug scheint die geringste Sorge zu sein, die die Astronauten haben würden.

Wie gingen sie vor und während des Starts mit der Sauerstoffvergiftung um, bevor der Druck auf 5 psi abgelassen wurde?

Gibt es nicht einen Faktor 5 zwischen der Tabelle (Sauerstoff bei 3 Atmosphären Druck, dh 15-mal mehr Sauerstoff als in normaler Luft) und der Umgebung in der Kommandokapsel (max. 0,6 Atmosphären Sauerstoffpartialdruck)?
@asdfex: Oh, ich hatte eine Höhe von 27 m (nahe dem Meeresspiegeldruck) angenommen, keine Tiefe ... Trotzdem wäre der Faktor für die wenigen Stunden vor dem Start näher am Faktor 3 - das Kommandomodul wird nur im Weltraum entlüftet. (Abgesehen davon, dass es mehr sein würde, wurde das Kommandomodul mit 60% Sauerstoffgehalt gestartet und am ersten Tag im Weltraum auf 100% aufgefüllt.)
Ihre Karte ist für eine beträchtliche Tiefe im Ozean. Auf Meereshöhe ist die sichere Expositionszeit viel länger (ich möchte 16 Stunden sagen, aber ich werde nicht darauf schwören), als sie benötigen würden, bevor der Druck auf ein sicheres Niveau abfällt.
@LorenPechtel: Ich denke, das wäre es. Einige Quellendaten darüber, wie lange der Astronaut sicher in 1 bar reinem Sauerstoff warten kann, wären großartig, wenn auch nicht unbedingt erforderlich.
@SF. Sieht so aus, als hätte sich meine Erinnerung geirrt. Das Sicherheitslimit beträgt 5 Stunden: decodoppler.files.wordpress.com/2009/02/noaa-tables.jpg
@SF Die Grenzwerte für 1 bar reinen Sauerstoff sind angegeben in: en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_toxicity#Signs_and_symptoms "Ein oder zwei Tage Exposition ohne Sauerstoffpausen sind erforderlich, um solche Schäden zu verursachen". Je nach Sicherheitszuschlag sind also 5 bis 16 Stunden als Sicherheitsgrenze möglich.

Antworten (2)

Wenn man den aufgeführten Wikipedia-Artikel liest, ist es offensichtlich, dass diese Experimente unter Druck durchgeführt wurden, dem gleichen Druck, der in 90 Fuß Wassertiefe auftreten würde. Ich habe versucht, eine bessere Quelle zu finden, und ich habe mir den Quellartikel für dieses Diagramm angesehen . Es enthält Folgendes:

... waren sicher beim Atmen von Sauerstoff ... für mindestens drei Stunden bei 3 Atmosphären

Es scheint, dass die Toxizität erst wirklich auftritt, wenn man über 3 Atmosphären kommt, die sichere Exposition für 4 atm beträgt etwa 30 Minuten.

Obwohl es nicht jedem empfohlen wird, scheint es keine nachteiligen Auswirkungen zu haben, wenn man über mehrere Stunden reinen Sauerstoff bei atmosphärischem Druck einatmet, wie es beim Apollo-Programm der Fall war.

90 Fuß (Süß-)Wasser sind ungefähr 4 Atm, vorausgesetzt, es gibt 1 Atm über dem Wasser. Die für 6-10 Minuten aufgeführten Symptome sind nicht lebensbedrohlich und wahrscheinlich nicht einmal vollständig schwächend, aber ich würde sie nicht wirklich als "sicher" für jemanden bezeichnen, der etwas tun muss, insbesondere in dem, was leicht werden könnte Notfallsituation.
Beim Tauchen liegt die Grenze zum Atmen von reinem Sauerstoff bei 1,6 bar oder 6 m Wassertiefe. Ab 1,7 bar kann es zu Krämpfen kommen. "mindestens drei Stunden bei 3 Atmosphären" gilt im Wasser als unsicher und sollte in Dekompressionskammern nur mit Aufsichtspersonal verwendet werden, das keinen reinen Sauerstoff, sondern Druckluft einatmet.
Es scheint, dass der Artikel, den ich verwendet habe, aus dem Jahr 1947 stammt, also könnte er etwas veraltet sein ...

Die pulmonale Sauerstofftoxizität ist ein Zeit-/Partialdruckeffekt. Von https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_toxicity :Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

„Lambertsen kam 1987 zu dem Schluss, dass 0,5 bar (50 kPa, 50 % O2) unbegrenzt toleriert werden könnten.“

Hinweise auf eine Abnahme der Lungenfunktion, gemessen durch Lungenfunktionstests, können bereits nach 24 Stunden kontinuierlicher Exposition gegenüber 100 % Sauerstoff unter normobaren Bedingungen auftreten

Die Abnahme der Lungenfunktion beim Atmen von 100 % O2 unter normobaren Bedingungen kann teilweise auf das Fehlen von Stickstoff zurückzuführen sein, der eine alveoläre Atelektase (Kollaps) ermöglicht. Die Zugabe eines Inertgases (ohne Änderung des ppO2) verhindert eine O2-Toxizität.

Überdrucktische der US Navy zur Behandlung der Dekompressionskrankheit verwenden 100 % O2 bei 2,3 - 3,0 bar für 4 ½ Stunden (mit kurzen „Luftatmern“) https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperbaric_treatment_schedules

Überdrucktische der US Navy zur Behandlung der Dekompressionskrankheit verwenden 100 % O2 bei 2,3 - 3,0 bar für 4 ½ Stunden (mit kurzen „Luftatmern“) https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperbaric_treatment_schedules

In der klinischen Praxis besteht während der ersten 12 Stunden beim Atmen von 100 % O2 kein Anlass zur Lungentoxizität. Dies lässt einen großen Sicherheitsspielraum, da der einzige Weg, sich 100 % O2 anzunähern, bei einem bewusstlosen, intubierten Patienten an einem Beatmungsgerät ist. Bei bewussten, spontan atmenden Patienten mit einer Gesichtsmaske kommt es zu einer erheblichen Verdünnung durch den Totraumeffekt. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482501

Sauerstofftoxizität vs. Apollo-Missionsvorbereitung
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