Warum ist die Atematmosphäre der ISS eine Standardatmosphäre (bei 1 atm stickstoffhaltig)?

Die Wikipedia-Seite für die Internationale Raumstation sagt, dass sie eine ziemlich erdähnliche Atmosphäre auf Meereshöhe hat: 21% Sauerstoff, Rest Stickstoff bei 101,3 kPa. Angeblich liegt es daran, dass eine Umgebung mit reinem Sauerstoff gefährlich ist, wie bei der Apollo 1-Katastrophe, aber in diesem Fall bedeutete „reiner Sauerstoff“ 1,15 atm O 2 . Es scheint, als ob eine reine O 2 -Atmosphäre mit 0,21 atm (oder sogar weniger) ohne inertes Ausgleichsgas für Menschen in Ordnung sein sollte und ~ 80 % weniger strukturell anspruchsvoll wäre.

Ein seltsamer Aspekt könnte ein effektiver Abfall des Siedepunkts auf ~ 60 ° C sein, aber ich bin mir nicht sicher, ob jemand dort oben Wasser für einen Tee kochen würde. Meine Vermutung ist, dass dies nicht aus Sicherheits- oder menschlichen Gründen geschieht, sondern nur, um ISS-Experimente denen auf der Erde ähnlicher (und direkt vergleichbar, abgesehen von der Mikrogravitationsumgebung) zu machen. Überlege ich etwas nicht?

Tangente: Blogbeitrag und Papier: Eine unabhängige Bewertung der technischen Machbarkeit des Mars-One-Missionsplans . Beachten Sie den Abschnitt über die „Brandschutzschwelle“. Zugegeben, ISS muss sich nicht darum kümmern, ihre eigene Nahrung anzubauen (und damit Sauerstoff zu produzieren ... immer noch eine interessante aktuelle Lektüre.
Viele interessante Informationen auf dieser Seite, insbesondere dieses Bild , das Rory teilweise widerlegt. 100 % O2 bei etwa 3 - 9 psia ist physiologisch unbedenklich (vorausgesetzt, Sie haben den Stickstoff aus Ihrem Blutkreislauf entfernt). Andere Bedenken gelten jedoch immer noch.
Hier ist ein ausführlicher Artikel über verschiedene Einschränkungen. spaceflightsystems.grc.nasa.gov/repository/NRA/… Ich stelle fest, dass einfache Kühlungsbeschränkungen so genannt werden, dass sie ein Minimum von 7,35 psi erzwingen.
Während der menschliche Körper vom absoluten Sauerstoffgehalt abhängt, was bedeutet, dass der Druckabfall eine Erhöhung des Sauerstoffgehalts erfordert, hängt die Brennbarkeit von Stoffen von der relativen Atmosphärenzusammensetzung ab: 100 % Sauerstoff bei 0,3 bar erzeugen nur eine geringfügig geringere Brandgefahr als bei 1 bar und eine enorm höhere Brandgefahr als ein 21 % O2-N2-Gemisch. Mit anderen Worten, eine Erhöhung des Sauerstoffgehalts selbst bei reduziertem Druck erhöht die Brandgefahr drastisch.
Das Atmen von reinem Sauerstoff bei 1 oder sogar 1,15 atm ist nicht gesund, wenn es über Tage und Wochen durchgeführt wird, siehe en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_toxicity#Lung_toxicity , daher sollte der Partialdruck von Sauerstoff weniger als 0,5 bar betragen.

Antworten (7)

Überlege ich etwas nicht?

Ja. Sie denken nicht an Mir, Sojus und das Space Shuttle.

Die Internationale Raumstation ist ein multinationales Programm, das gemeinsam von den USA und Russland geleitet wird. Während die USA und Russland bei vielen Designentscheidungen Kompromisse eingehen mussten, gehörte die Zusammensetzung der Atematmosphäre nicht dazu. Die Entscheidung, die ISS mit einer Standardmischung aus Stickstoff und Sauerstoff auf eine Atmosphäre unter Druck zu setzen, war wahrscheinlich eine der einfachsten Designentscheidungen, auf die sich diese beiden Länder geeinigt haben. Die Raumstation Mir, die Sojus-Kapseln und das Space Shuttle wurden alle auf eine Atmosphäre unter Druck gesetzt. Die ISS-Atmungsatmosphäre zu etwas anderem als einer Standardatmosphäre zu machen, hätte umfangreiche Neukonstruktionen der Sojus-Kapsel und des Shuttles erfordert und eine Wiederverwendung der Umgebungskontrollsysteme der Mir ausgeschlossen.

Die eigentliche Frage ist also, warum die Atematmosphäre in Mir, Sojus und dem Space Shuttle eine Standardatmosphäre ist, sowohl in Bezug auf Druck als auch auf Zusammensetzung. Eine Umgebung mit reduziertem Druck und reinem Sauerstoff hat erhebliche Vorteile. Eine solche Umgebung reduziert die Masse des Raumfahrzeugs, strukturelle Integritätsprobleme und Komplexität. Eine reine Sauerstoffumgebung eliminiert die Notwendigkeit, Stickstoffflaschen zu tragen, eliminiert die Notwendigkeit, das Sauerstoff/Stickstoff-Gemisch sorgfältig zu überwachen, und eliminiert die Möglichkeit von Krümmungen (Dekompressionskrankheit). Der reduzierte Druck bedeutet, dass das Raumschiff auch etwas weniger sperrig sein kann. Es gibt zusätzliche Vorteile, insbesondere in Bezug auf EVAs. Sowohl die Sowjetunion als auch die USA planten ursprünglich, Atematmosphären mit reinem Sauerstoff zu verwenden.

Die Atematmosphären von Merkur, Gemini und Apollo waren reiner Sauerstoff. Das Feuer von Apollo 1 veränderte, wie diese reine Sauerstoffatmosphäre erreicht wurde, aber es änderte nichts daran, dass die Atematmosphäre kurz nach dem Start in reinen Sauerstoff umgewandelt wurde. Die Probleme im Zusammenhang mit einer reinen Sauerstoff-Atmungsatmosphäre veranlassten die NASA dazu, etwas Stickstoff in der Skylab-Atmungsatmosphäre zu haben, aber nicht viel. Die Skylab-Atemluft bestand zu 75 % aus Sauerstoff und zu 25 % aus Stickstoff. Die Verwendung einer reinen Atematmosphäre im Apollo-Raumschiff wurde bis zum Schluss fortgesetzt, was Herausforderungen für die Apollo-Sojus-Testmission mit sich brachte.

Das sowjetische Raumfahrtprogramm hat sehr früh von einer reinen Sauerstoffatmosphäre auf eine Standardatmosphäre umgestellt. Valentin Bondarenko starb drei Wochen vor Juri Gagarins historischem Flug in einem reinen Sauerstoffbrand. Eine Standardatmosphärenmischung reduziert die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Bränden drastisch und vereinfacht auch den Prozess vor dem Start erheblich. Eine reine Sauerstoffatmosphäre erfordert eine umfangreiche Voratmung, um Stickstoff aus dem Blutstrom zu entfernen. Eine Standardatmosphäre bedeutete, dass die Kosmonauten die Kapsel ohne Helm betreten konnten und physiologisch startbereit waren.

Auch die NASA hat diese Lektionen schließlich gelernt. Das Space Shuttle verwendete eine Standardatmosphäre. Eine Standardatmosphäre auf der ISS zu haben, war die einzig logische Entscheidung.

Wozu dienen die Stickstofftanks? Wo wird der Stickstoff verbraucht? Sind es nur kleine Tanks zur Aufrechterhaltung einer genauen Zusammensetzung?
@DaveNay - Die ISS hat Lecks. Die Mechanismen, die verwendet werden, um CO2 aus der Atematmosphäre zu entfernen, konzentrieren CO2 und entlüften dieses konzentrierte Gas in den Weltraum. Das entlüftete Gas ist kein reines CO2; es enthält noch etwas Sauerstoff und Stickstoff. Die Verbindungen zwischen den Modulen lecken Atematmosphäre. Die winzigen kleinen Lücken um die Fenster lecken Atematmosphäre. Sauerstoff wird leicht ersetzt; einfach etwas Wasser elektrolysieren und den Wasserstoff in den Weltraum entlüften. Stickstoff? Das ist nicht so einfach. Es muss als komprimiertes Stickstoffgas zur ISS transportiert werden. Die meisten Sojus-Starts transportieren Stickstoff als Teil ihres Manifests zur ISS.
Wie viel Masse wird mit einer Umgebung mit reduziertem Druck und reinem Sauerstoff eingespart?
Könnten Sie den Stickstoff nicht als N2H4 (Hydrazin) nach oben tragen? Muss nicht einmal elektrolysiert werden. Tatsächlich kann eine Brennstoffzelle daraus Stickstoff und Strom produzieren. Als Nebeneffekt kann es auch für Triebwerke verwendet werden. Warum sollte man sich auch die Mühe machen, den Stickstoff zu ersetzen? Auch wenn die Pre-Launch-Vorteile den Start mit einer Standardatmosphäre rechtfertigen, scheint es nicht zu rechtfertigen, sie standardmäßig zu belassen. Und für die Rückfahrt könnten Sie die Sojus wahrscheinlich auf dem Weg nach unten einfach unter Druck setzen.
@MSalters - Sowohl die USA als auch Russland tragen es als komprimiertes Stickstoffgas hoch. Hydrazin und Menschen vertragen sich nicht. Ein Leck in dieser Brennstoffzelle (es gibt keine) wäre extrem gefährlich. Auf der ISS gibt es keine Brennstoffzellen. Elektrischer Strom kommt aus den Solaranlagen und Batterien. Wenn die ISS reiner Sauerstoff wäre, müsste die Besatzung lange voratmen, um von der Sojus (und früher dem Shuttle) zur ISS zu gelangen. Das Halten der ISS auf Erdoberflächenbedingungen vereinfacht den Transfer der Besatzung, erschwert jedoch die Umweltkontrolle und Lebenserhaltung sowie Aktivitäten außerhalb des Fahrzeugs.
@smci - Der Stickstoffgehalt der Atematmosphäre der ISS beträgt etwa 840 kg. Das ist die Spitze des Eisbergs. Es gibt zusätzliche Masse für Lagertanks, Rohrleitungen und lebenserhaltende Ausrüstung. Die Luftschleuse ist auch komplexer und daher massiver, als sie in einer reinen Sauerstoffatmosphäre sein müsste. Tatsächlich geht die Luftschleuse beim Aufkommen eines Weltraumspaziergangs auf reinen Sauerstoff über.
@DavidHammen: Wahrscheinlich möchten Sie das Hydrazin außen lagern. Es ist in der Tat ziemlich giftig, aber Sie können bei Bedarf in den Weltraum entlüften. Was das Voratmen betrifft, haben Sie die gesamte Reise. Betrachtet man die Geschwindigkeit, mit der Taucher auf und ab gehen, scheint es machbar zu sein, 0,8 atm N2 auf dem Weg in die Umlaufbahn zu überwinden.
@MSalters - Sie würden es wahrscheinlich nicht tun wollen, Punkt. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Atematmosphäre auf der ISS kommt diese Vereinbarung einem internationalen Vertrag nahe.
"Die Skylab-Atemluft bestand zu 75 % aus Sauerstoff und zu 25 % aus Stickstoff", das ist sehr interessant. Vermutlich betrug der Gesamtdruck dann etwa 1/3 atm, um den Partialdruck von O2 auf etwa seinem irdischen Niveau von 0,2 atm zu halten, um eine O2-Toxizität zu vermeiden, ist das richtig? Dies deutet darauf hin, dass sich die Langzeitwirkung des Atmens einer Niederdruckatmosphäre mit der richtigen O2-Konzentration nur sehr langsam zeigt.
@WetSavannaAnimalakaRodVance - Das ist richtig. Skylab 4 war eine 84-Tage-Mission. Die NASA testete Tiere und Menschen mit dieser Niederdruck-Atmungsmischung, bevor sie Astronauten zu dieser ersten US-Raumstation schickte.
-1. Bondarenko starb nicht 3 Monate vor Wostok 1. Näher an 3 Wochen (20 Tage).
Wir leben nicht alle auf Meereshöhe. Die Einwohner von Denver Colorado leben eine Meile höher; Düsenflugzeuge gehen auf eine Kabinenhöhe von etwa 7.000 bis 8.000 Fuß über (indem sie einfach die Umgebungsluft unter Druck setzen), wenn sie zum Reiseflug steigen. Sie behalten keine Druckkabine auf Meereshöhe bei, da dies die strukturellen Belastungen reduziert und die Flugzeugzelle leichter macht. Warum sollten Raumfahrzeuge und/oder die ISS also nicht eine ähnliche „hohe“ interne Umgebung verwenden?
@ DrZ214 - Das wurde mit ungefähr einem Jahr Verspätung behoben.
@AnthonyX - Wenn der Kabinendruck in einem Flugzeug unter dem Druck auf Meereshöhe liegt, können Flugzeughersteller die Flugzeugzelle etwas leichter machen, als wenn die Kabine mit einer Atmosphäre unter Druck gesetzt würde. Dies gilt nicht so sehr für bemannte Raumfahrzeuge, die gestartet und gelandet werden und zwischendurch einem Vakuum ausgesetzt sind. Die Belastungen des Starts und der Landung dominieren über die Belastungen des Aufrechterhaltens eines Kabinendrucks von einer Atmosphäre.
@DavidHammen Wie verträgt sich das mit der Entscheidung, eine Kabine von ~3 psi in Apollo zu verwenden? Wurde es von der Mondlandefähre angetrieben? Soweit ich weiß, war der LM aufgrund der Bemühungen zur Gewichtsminimierung relativ zerbrechlich.
@DavidHammen Das Gewicht ist in Raumfahrzeugen viel wichtiger, wo sie Zehntausende von Dollar pro Pfund zahlen. Der Druck in der Flugzeugkabine wird in erster Linie anhand dessen ausgewählt, was sicher atembare Luft ist. Der Hauptgrund, warum sie es nicht stärker unter Druck setzen als nötig, ist, dass Flugzeuge in ihrer Lebensdauer Tausende von Zyklen durchlaufen. Die Zyklen des Auf- und Absteigens führen dazu, dass sich die Kabine leicht ausdehnt und zusammenzieht, was zu einer Metallermüdung führt, die die Lebensdauer begrenzt. Im Vergleich dazu benötigen Raumfahrzeuge/Luftschleusen weniger Zyklen, und die Bondarenko/Apollo-Katastrophen haben die Verwendung normaler Luft ermutigt.
Sie müssen bedenken, dass Hydrazin nicht sauber zu H2 und N2 und sonst nichts zerfällt. Es gibt viele ziemlich giftige Nebenprodukte.
@DavidHammen Ist die Sauerstofftoxizität eine Folge der Konzentration oder des Partialdrucks von Sauerstoff?

Rory erwähnt die OxygenierungsrateDas ist ein ausgezeichneter Punkt, aber es gibt noch weitere Gründe, die ISS-Atmosphäre nicht auf einem niedrigeren Druck zu halten - thermische Konvektion und Luftwechsel. Ein Druck von etwa einer Atmosphäre bedeutet, dass das Belüftungssystem auf der Station besser funktioniert und sich keine Kohlendioxyd- oder gar Kohlenmonoxidnester bilden, die für Astronauten gefährlich wären. Die Luft wird einfacher recycelt / ergänzt und mit Sauerstoff vermischt (Elektrolyse von Wasser) und Kohlenstoffoxiden daraus entfernt (Sabatier-Reaktion). Das Belüftungssystem arbeitet auch bei höherem Druck zuverlässiger und seine Teile halten länger zwischen Ausfällen. Astronauten / Kosmonauten trainieren auch ziemlich viel auf der Station, um die negativen Auswirkungen eines längeren Aufenthalts in der Mikrogravitation auf den menschlichen Körper zu bekämpfen, so dass der Luftdruck ihnen auch hilft, überschüssige Körperwärme abzugeben. Überhitzung ist Stress für den Körper, senkt die Leistung und kann tödlich sein. Und sie verwenden alle Arten von Geräten, die auch Luftkühlung erfordern, und das würde biologische Experimente definitiv erschweren oder ihre Ergebnisse sogar unbrauchbar machen.

Stickstoff ist auch relativ billig an die Station zu liefern, da er nicht wirklich ein Verbrauchsmaterial innerhalb des Lebenserhaltungssystems ist und nur zu einem geringen Teil durch seine Ineffizienz verloren geht und auch für alle möglichen anderen Dinge sowohl auf der Station als auch verwendet wird Besuch von Raumfahrzeugen (Reinigungsatmosphäre, ungiftiges Brandunterdrückungsmittel, Freiraumgas in Lagertanks, um Flüssigkeits-/Gasdruck bereitzustellen, ...). Also würde es sowieso zum Bahnhof geliefert werden. Aber theoretisch könnte es, wenn es aus logistischer Sicht sinnvoll wäre, durch andere inerte und ungiftige Gase wie beispielsweise Argon ersetzt werden. Besonders wenn sie aus irgendeinem Grund beschließen würden, die Atmosphäre auf einem viel höheren Druck zu halten, wo Stickstoffnarkose zu einem Problem werden könnte. Aber das werden sie nicht tun, dafür gibt es keinen guten Grundund die Station könnte es wahrscheinlich nicht strukturell stützen, ohne seiner Fähigkeit, den Druck aufrechtzuerhalten, gefährlich nahe zu kommen und ihn nicht an den Weltraum zu verlieren.

Der Artikel, den Sie zur Blutsauerstoffversorgung verlinken, erwähnt wiederholt ausdrücklich Partialdrücke, was aus grundlegender chemischer Sicht alles ist, was bei jeder chemischen Reaktion / jedem chemischen Gleichgewicht zählt, einschließlich des von Ihnen erwähnten Schrubbens. Ich bin skeptisch gegenüber Ihren "Luftvermischungs" -Behauptungen. Bedenken hinsichtlich der Kühlung (wahrscheinlich eher von Geräten als von Menschen, die schwitzen, und eine verringerte Konvektion / Leitung zur Luft würde durch erhöhte Verdunstungsraten gemildert) scheinen jedoch ein interessanter Punkt zu sein.
Wie würde sich die thermische Masse von Stickstoff im Vergleich zu anderen Gasen verhalten? Wie sieht es mit den Kosten pro geliefertem kg aus (alle Gase würden eine Art Behälter benötigen, um sie flüssig zu halten, aber einige erfordern möglicherweise schwerere Behälter als andere).
@supercat Du meinst die spezifische Wärmekapazität von Stickstoff? Siehe diese Tabelle engineeringtoolbox.com/specific-heat-capacity-gases-d_159.html Sie listet Werte auf, die eng mit dem atmosphärischen Druck und der Temperatur der ISS übereinstimmen. Molekularer Stickstoff (bei 1 atm und 20 °C) hat eine spezifische Wärmekapazität, die leicht über der von Kohlenmonoxid liegt und fast doppelt so hoch ist wie die von Argon. Und etwas über dem der normalen atmosphärischen Luft. Die Kosten pro kg, die an die Station geliefert werden, wären ungefähr gleich, sowohl Stickstoff als auch Argon sind als Inertgase leicht zu lagern und nicht schwierig zu handhaben. Aber Sie müssten sowieso Stickstoff liefern.
@TildalWave: Vom Standpunkt der Brandbekämpfung denke ich, was wichtig wäre, wäre das Verhältnis der spezifischen Wärme pro Dichteeinheit; Ich weiß nicht, ob es dafür einen Begriff gibt. Wenn man sich die Tabelle ansieht (danke für den Link), ist die spezifische Wärme von Helium fünfmal so hoch wie die von Stickstoff, aber wenn Stickstoff durch Helium ersetzt würde, hätte jeder Kubikmeter Gas nur 1/7 der Masse an Inertgas.
@supercat Oh, das ist eine Wissenschaft für sich. Zum Beispiel gibt es die Dissoziationstemperatur, die, wenn sie zu niedrig ist, einige Gase oder Flüssigkeiten als Brandbekämpfungsmittel ungeeignet machen könnte, da sie Explosionen verursachen könnten. Wasser zum Beispiel ist genau aus diesem Grund in den meisten Fällen nicht gut zur Brandbekämpfung geeignet. Und es gibt andere Eigenschaften wie Viskosität, thermische Trägheit (bezogen auf die spezifische Wärmekapazität, aber im volumetrischen Sinne, und beschreibt die Wärmeleitfähigkeit) ... Ich fürchte, das ist nicht mein Bereich. Alles, was ich weiß, ist, dass es kompliziert und einfacher ist, das zu verwenden, was funktioniert.
@TildalWave: In Ordnung. Es gibt nicht viele Gase, die über einen längeren Zeitraum biologisch unbedenklich sind; Ich weiß, dass Taucher wochenlang Helium verwenden, und würde erwarten, dass Neon oder Argon vergleichbar sicher sind. Das Atmen einer Atmosphäre mit 0,8 atm Stickstoffpartialdruck galt jedoch lange Zeit als sicher, noch bevor irgendjemand wusste, was Stickstoff ist; wenn seine thermische Trägheit besser ist als die der Edelgase, umso besser.
@NickT Dieser Partialdruck bezieht sich auf die Sauerstoffsättigung, dh wie viel Sauerstoff sich im Vergleich zu anderen Gasen bereits im Blutkreislauf befindet, und auf die Fähigkeit von Hämoglobin, Sauerstoff durch den Körper zu transportieren. Die Sauerstoffrate gibt an, wie viel Sauerstoff vom Körper aufgenommen wird. Ein typisches Beispiel sind zB Patienten mit Lungenkarzinom im Spätstadium, die häufig an Erstickung aufgrund eines Lungenödems als Folge von Atembeschwerden starben, selbst wenn sie mit reinem Sauerstoff behandelt wurden. Ähnliches würde gesunden Probanden bei 0,21 atm passieren. Wir sind einfach nicht dafür gemacht, solch eine schwache Atmosphäre lange oder unter Stress zu atmen.

Der Betrieb einer reinen Sauerstoffatmosphäre bei 0,21 wird nicht sehr gesund sein. Menschen benötigen atmosphärischen Druck innerhalb vernünftiger Grenzen von „normal“, um richtig zu funktionieren (Gastransport durch Membranen usw.), und eine reine Sauerstoffatmosphäre ist selbst bei niedrigeren Drücken immer noch explosiv.

Die Verwendung von Stickstoff ermöglicht normale atmosphärische Bedingungen und verringert das Explosions-/Feuerrisiko.

Wie Sie darauf hingewiesen haben, ermöglicht es die Durchführung von Experimenten unter erdähnlichen Bedingungen (wenn wir diese ganze Schwerkraft ausschließen ...), aber das wird mit ziemlicher Sicherheit weniger ein Problem sein, schließlich werden viele Experimente absichtlich durchgeführt nicht erdähnlichen Bedingungen oder in abgeschlossenen Mikroumgebungen mit eigener Atmosphäre usw.

Die Mercury-, Gemini- und Apollo-Programme verwendeten alle eine reine Sauerstoffatmosphäre mit reduziertem Druck. Das Feuer von Apollo 1 veranlasste die NASA, zu ändern, wie diese reine Sauerstoffatmosphäre erreicht wurde, änderte jedoch nichts an der Tatsache, dass die Atematmosphäre kurz nach dem Start zu reinem Sauerstoff wurde. Die Atematmosphäre von Skylab bestand zu 75 % aus Sauerstoff und zu 25 % aus Stickstoff. Astronauten überlebten 84 Tage lang diese „ungesunde“ Mischung.
Als Taucher scheint es eine zweifelhafte Behauptung zu sein, dass 0,21 atm O2 mit oder ohne inerte Komponente anders wären. Uns wurde beigebracht, dass 1,4-1,6 atm Sauerstoff akut schlecht sind und dass es auf den Sauerstoffpartialdruck ankommt, unabhängig von anderen Gasen in der Mischung. Haben Sie Links zu Ihren Ansprüchen?
David – ja, diese Missionen taten es, und sie hörten damit auf wegen der Probleme, die auftauchten, sowohl vor dem Flug als auch in Bezug auf die Sicherheit.
Es gibt auch nachteilige Sicherheits- und Betriebsprobleme bei der Verwendung von Verdünnungsgasen. In Bezug auf eine reine Sauerstoffatmosphäre bei 1/5 Atmosphärendruck, die "ungesund" ist, ist ein Zitat erforderlich. Ich schaute. Kein solches Glück. Ich habe auch nach den Handelsstudien gesucht, die das Shuttle dazu gebracht haben, eine Standardatmosphäre zu verwenden. Das konnte ich auch nicht finden. Ich habe viele Handelsstudien gefunden, die behaupteten, die reine Sauerstoffatmosphäre auf Merkur, Gemini und Apollo zu rechtfertigen.
In Bezug auf das Shuttle vermute ich, dass es eher Bedenken vor dem Start und nach der Landung waren als Bedenken im Orbit. Dass eine reine Sauerstoffatmosphäre (oder sogar eine Mischung im Skylab-Stil) "ungesund" ist, scheint ziemlich falsch zu sein.
Ich habe nie gesagt, dass eine reine Sauerstoffatmosphäre ungesund ist. Siehe Satz 2 :-)
-1 Reiner Sauerstoff ist nicht explosiv.
Hinweis: Ich gehöre nicht zu den Downvotern. Ich stimme dieser Antwort nicht zu, aber nicht genug, um sie abzulehnen. Wenn Sie eine Antwort ablehnen, ist das Einzige, was Sie höflich tun können, einen Kommentar zu posten, der die Gründe dafür angibt.
@Mehrdad: Natürlich ist reiner Sauerstoff an sich nicht explosiv, wenn er nichts zu reagieren hat; Ist es das, was du meintest? Die Frage ist, ob reiner Sauerstoff bei einem Druck von 0,21 Atmosphären bei einer Brennstoffquelle eine größere Explosionsgefahr darstellt als 21% Sauerstoff und 79% Stickstoff bei 1,0 Atmosphären Druck (in beiden Fällen derselbe Partialdruck von O2). Ich weiß die Antwort darauf nicht.
@KeithThompson: Ich meinte wörtlich, dass Sauerstoff nicht explosiv ist. Wasserstoff hingegen schon.
@Mehrdad: Weder Sauerstoff noch Wasserstoff sind für sich genommen explosiv ( Ignorieren der Fusion). Es sei denn, die Bedeutung von „explosiv“ ist auf „kann in Gegenwart von Sauerstoff explodieren“ beschränkt.
@KeithThompson: Wie wäre es mit etwas Praktischerem wie "kann in Gegenwart von Sauerstoff mit gewöhnlichen Elementen explodieren"? Schließlich bezeichnet man einen Stoff nicht als "Sprengstoff", wenn es nichts um sich herum gibt, mit dem er reagieren könnte. Ich versuche hier, einen sehr praktischen Punkt zu machen, und versuche nicht, Haare mit Chemie zu spalten. Vergleichen Sie, was passieren würde, wenn sie den Rest des Drucks von 1 atm mit (1) Sauerstoff, (2) Stickstoff und (3) Wasserstoff füllen würden. Die ersten beiden würden nicht zu einer "explosiven" Atmosphäre führen. Der dritte würde. Es sollte ziemlich einfach zu verstehen sein, was ich sage, denke ich.
@Mehrdad: Der Punkt ist meiner Meinung nach, dass eine volle Atmosphäre aus reinem O2 das Risiko einer Explosion birgt (wie von Apollo 1 bewiesen), solange sich brennbare Substanzen in der Umgebung befinden. Reines O2 bei 0,21 Atmosphären erzeugt ein geringeres Explosionsrisiko, aber immer noch ein gewisses.
@NickT 1,4-1,6 atm Sauerstoff sind akut schlecht, das ist nur ein Teil der Wahrheit, mehr als 0,5 atm reiner Sauerstoff können auch ungesund sein, siehe en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_toxicity#Lung_toxicity . Aber Taucher atmen nicht viele Stunden lang reinen Sauerstoff.
@Uwe mit "akut schlecht" meine ich, dass man sofort Anfälle bekommt. Daraus habe ich vage impliziert, dass Sie berechnen müssen, in welcher Tiefe (Druck) Ihr gewähltes Gasgemisch (Luft, EAN, Trimix) bestimmte Partialdrücke bestimmter Gase treffen könnte: Der Prozentsatz ist irrelevant.

Wenn ein Objekt in einer Atmosphäre brennt, die zu 80 % aus Stickstoff und zu 20 % aus Sauerstoff besteht, absorbiert der Stickstoff einen Großteil der erzeugten Wärme, ohne die Verbrennung zu unterstützen. Während es durchaus möglich ist, dass ein anderes Gas besser als Stickstoff wäre (z. B. eine höhere thermische Masse pro Mol für bessere Feuerunterdrückungseigenschaften oder eine vergleichbare thermische Masse bei geringerer Dichte für ein geringeres Nutzlastgewicht hat), hat Stickstoff den Vorteil gegenüber dem Menschen Wesen können eine 80%ige Konzentration davon (bei normalem atmosphärischem Druck) über einen längeren Zeitraum ohne nachteilige Wirkung einatmen.

Niedriger Druck kann Dekompressionskrankheit bedeuten . Es reicht nicht aus, genügend O 2 aufrechtzuerhalten ; Wenn der Gesamtdruck abfällt, werden im Blut gelöste Gase (insbesondere Stickstoff) wieder frei und es bilden sich Blasen.
Angesichts des Preises, der damit verbunden ist, einen lebenden Menschen in den Orbit zu schicken, wäre es nicht sehr vernünftig, ihn zunächst einige Tage in einer Dekompressionskammer zu halten; Die Aufrechterhaltung einer solchen Kammer in der ISS würde auch viel Platz beanspruchen, der dort oben eine knappe Ressource ist. Alternativ würde vor dem Flug eine Dekompression durchgeführt werden, was technologisch eine Herausforderung wäre (das Schiff müsste in der Vorflugphase jederzeit auf niedrigem Druck gehalten werden).

Bei den frühen Schiffen wie Apollo wurde DCS durch "Voratmung" gelöst, dh Astronauten mussten eine halbe Stunde vor dem Start reines O 2 atmen; und allgemeiner, indem man annahm, dass die Astronauten harte Kerle waren, die es aufsaugen konnten. Es blieben einige Probleme , die erklären können, warum im Space Shuttle und auf der ISS "normale" Luft verwendet wurde.

Weniger schwerwiegend sind einige Experimente auf der ISS mit lebenden Subjekten (z. B. kleinen Tieren), die nicht unbedingt einem niedrigen Druck standhalten würden; Ergebnisse wären verzerrt. Es sei denn, es werden wiederum Kompressionskammern verwendet.

Ich würde denken, dass die Stickstoffspülung erdseitig erreicht werden könnte, indem man Astronauten in einer Atmosphäre mit einer Mischung aus O2 und He hat und sie dann eine solche Atmosphäre in Trägerraketen atmen lässt. Während eine Pre-Breathing-Anforderung bedeuten würde, dass Astronauten nicht kurzfristig hochgeschickt werden könnten, würde ich nicht glauben, dass dies die Dauer der Astronautenreisen in den Weltraum verkürzen müsste.
Sie sollten nicht nur en.wikipedia.org/wiki/Decompression_sickness lesen , sondern auch en.wikipedia.org/wiki/Altitude_sickness . DCS ist kein Problem für Everest-Kletterer, aber die Höhenkrankheit ist es wirklich. Nicht ein niedriger Druck verursacht DCS, sondern ein plötzlicher Druckabfall, wenn zu viel Stickstoff im Blut und im Gewebe gelöst wurde. Ich lösche den falschen Satz über DCS und den Everest.

Es ist einfacher zu entwerfen, weil sich die Dinge wie auf der Erde verhalten, und es ist weniger wahrscheinlich, dass Dinge schrecklich schief gehen.

Um das bereits Erwähnte noch zu ergänzen - weniger Probleme mit Überhitzung und Brände sind weniger gefährlich ... außerdem senkt ein niedrigerer Luftdruck den Siedepunkt von Wasser. Auch einfacher, nicht von der Erdoberfläche in eine andere Atmosphäre wechseln zu müssen.

Nachteile - strukturell ein Vielfaches des Luftdrucks, keine Notwendigkeit für Stickstoff und Stickstoffausgleich, härter und zeitaufwändiger für Weltraumspaziergänge - im Raumanzug verwenden sie eine reine Sauerstoffatmosphäre mit niedrigem Druck, höheres Risiko einer Dekompressionskrankheit (Stickstoff kocht ein blut), kann es tatsächlich einfacher sein, co2 loszuwerden, wenn nur sauerstoff und co2 in der atmosphäre usw.

Eine dauerhafte Weltraumkolonie könnte aus solchen Gründen die von Ihnen vorgeschlagene Atmosphäre verwenden ... es gibt Möglichkeiten zur Anpassung, z. B. wenn Überhitzung ein Problem darstellt, senken Sie die Lebensraumtemperatur, z. B. 5 Grad Celsius anstelle von 20 Grad. Manchmal möchten Sie weniger Wärme verlieren – das heißt, Sie brauchen weniger Nahrung und verbrennen weniger Sauerstoff, der Stoffwechsel kann sich verlangsamen. Eine Kolonie könnte einen konstanten Wind / Luftstrom haben, der vom Dach kommt und in Löcher im Boden strömt, um Ihnen zu helfen, in der Schwerelosigkeit auf dem Boden zu bleiben und sich um Probleme wie das Verschütten einer Flüssigkeit zu kümmern, was auch dazu beitragen würde, sich um Ihre Überhitzung zu kümmern.

Aber die Leute denken nicht so ernsthaft über eine langfristige "Kolonie" nach ... wenn sie es wären, hätten sie ein System, das Pflanzen oder ähnliches verwendet, um das CO2 in O2 und Lebensmittel zu recyceln, anstatt teuer Tonnen von Verbrauchsmaterialien zu versenden, um Astronauten zu halten lebendig ... das derzeitige System funktioniert für ein paar Astronauten, wäre aber für eine Kolonie von 100 oder 1000 Menschen nicht nachhaltig / zu teuer. Typische Menschen, besonders in der Regierung, gehen keine Risiken ein/machen Dinge anders, weil Sie viel mehr unter Misserfolgen leiden, als Sie hoffen können, vom Erfolg zu profitieren, wenn Sie versuchen, Dinge neuer/besser zu machen.

Bedenken Sie, dass Menschen in vielerlei Hinsicht „ausgasen“ und dieser Prozess mit abnehmendem Umgebungsdruck zunimmt. Wenn wir die überschüssigen erzeugten Gase ausstoßen, vermischen sie sich mit der verfügbaren Masse vorhandener Gase in der Umgebung. Wenn Sie mit einem niedrigeren Druck arbeiten, hat Ihr "Auspuff" einen größeren Einfluss auf die vorhandene Gasmasse. Die NASA bewirbt diese Tatsache nicht, aber Sie können darauf wetten, dass sie auf der ISS bei einer Atmosphäre reichlich reif genug ist. Das Entfernen dieser Verunreinigungen braucht Zeit und die Verarbeitung ist bei höheren Drücken effizienter.

Missionen auf der ISS sind viel längerfristig als in der Vergangenheit, und die kumulativen Auswirkungen der Umgebung haben mehr Möglichkeiten, die Wirkung zu vervielfachen.

Dies liest sich eher wie ein Kommentar als eine Antwort - Sie antworten nicht auf den Titel der Warum -Frage.
@JanDoggen: Es scheint eine absichtlich teilweise Antwort zu sein, die nur eine Schwierigkeit einer Niederdruckatmosphäre berücksichtigt, aber Teilantworten sind keine Kommentare und müssen nicht gelöscht werden.
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