Warum werden Raumfahrzeuge und Raumanzüge nicht mit 2,5 psi (17 kPa) reinem Sauerstoff unter Druck gesetzt?

Heutzutage wird 1 atm (101,3 kPa, 14,7 psi) mit Meeresspiegelzusammensetzung am häufigsten auf Raumfahrzeugen verwendet, um Brandgefahren wie in Apollo 1 zu vermeiden (nicht, dass es der Apollo 1-Crew geholfen hätte, da sie die Kapsel nicht verlassen konnte, es würde haben nur ihren Tod verschoben, denke ich). Aber das Apollo-Raumschiff verwendete einen Borddruck von 5 psi (34 kPa). Space-Shuttle-Raumanzüge verwenden 4,3 psi (29,6 kPa). U2- und Mercury-Raumanzüge verwenden (d) 3,7 psi (25 kPa) psi reinen Sauerstoffs. Das ist immer noch mehr Sauerstoff als auf Meereshöhe.

Wenn Raumfahrzeuge, -stationen und -anzüge mit 2,5 psi (17 kPa) reinem Sauerstoff unter Druck gesetzt würden, würde dies sie nicht beide leichter machen und potenzielle gefährliche Brände besser verhindern? Es ist ein Sauerstoffgehalt ähnlich 4.500 Fuß (1.370 m) über dem Meeresspiegel, also sollte es Astronauten gut gehen, oder?

Reiner Sauerstoff ist ernsthaft gefährliches Zeug. Selbst wenn Apollo 1 einen niedrigeren Kapseldruck gehabt hätte, wäre das Feuer mit ziemlicher Sicherheit trotzdem passiert.
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Ich habe die Frage so bearbeitet, dass sie sowohl SI- als auch imperiale Einheiten enthält, und eine Diskussion über die relativen Vorzüge beider Systeme in den Chat verschoben.
@gerrit Die Werte für das Raumfahrzeug / den Anzug müssen in psi angegeben werden. Du kannst sie umrechnen, aber der erste Wert sollte der psi-Wert sein, denn in diesem wurde der Druck bestimmt, ob du willst oder nicht. Mein eigener Vorschlag ist 2,5 psi, nicht 17 kPa, also kann man es umrechnen, aber 2,5 psi sollten zuerst gehen. Ich habe die Einheiten getauscht.

Antworten (2)

Die Summe aller Partialdrücke in der Lunge muss den Umgebungsdruck ergeben.

Die Gaszusammensetzung in der Lunge beinhaltet den Dampfdruck von H₂O bei Körpertemperatur, der etwa 0,9 psi beträgt. Dies ist unabhängig vom Umgebungsdruck.

Die eingeatmete Luft wird durch diesen H₂O-Dampf verdünnt. Es wird auch durch die Totraumgase des vorherigen Atemzugs verdünnt, was etwa 150 ml pro 500 ml Atemzug entspricht.

Wenn Sie versuchen würden, reines O₂ bei 1 psi zu atmen, wären Ihre Lungen voller H2O-Dampf (Dampf). Ihre Atemanstrengungen wären nutzlos, da der H2O-Dampf im Totraum hin und her pendeln würde und kein O₂ in die Alveolen gelangen würde. Sie würden sich jedoch nur leicht kurzatmig fühlen, bis Sie das Bewusstsein verlieren. Dies liegt daran, dass die Atmung hauptsächlich durch den CO₂-Spiegel im Blut und nicht durch die O₂-Sättigung im Blut bestimmt wird. Ihre Atemanstrengungen würden weiterhin CO₂ eliminieren, obwohl Sie Ihr Blut nicht mit Sauerstoff versorgen können.

Um diese Effekte auszugleichen, verwenden Raumanzüge ~4 psi O₂. Ein höherer Druck könnte einige Vorteile für die Atmung haben, würde aber die Flexibilität des Anzugs verringern. Volumenänderungen bei Gelenkbewegungen werden durch Anzugdruck entgegengewirkt.

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Weitere Einzelheiten finden Sie in der hervorragenden Antwort auf Warum wird der EMU-Raumanzug speziell auf 4,3 psi unter Druck gesetzt?

Ich habe nie über den Dampfdruck von Wasser in der Lunge und seine Auswirkungen nachgedacht.

Eine Mischung aus 79 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff bei einem Druck von 1 atm, 14,7 psi oder 1,01 bar ist feuerfester als reiner Sauerstoff bei einem Druck von 0,21 atm, 3,087 psi oder 0,212 bar. Der Sauerstoffpartialdruck ist für beide Gase gleich.

Der Stickstoffgehalt kühlt das Feuer. Es gibt schwer entzündliche Stoffe, die bei niedrigem Druck im reinen Sauerstoff ein Feuer unterhalten würden, an der Luft aber von selbst erlöschen.

Man könnte das Luftgemisch der Erde aus höheren Lagen verwenden, aber zB 0,8 ​​atm, um ein Raumschiff leichter zu machen.
@Giovanni Sie würden 300 kg von einem Raumschiff mit 440000 kg sparen. (ISS mit einem Volumen von 916 m³). Das ist eine Ersparnis von 0,07 %, sicherlich sind Astronauten sehr fit, aber für 0,07 % Ersparnis müssen Sie keine Höhenkrankheit riskieren, würde ich schätzen.
@Arsenal Eine Kabinenhöhe von 1370 m (4.500 Fuß) ist bei weitem nicht in der Nähe der Höhenkrankheit, es sei denn, man ist vielleicht ein starker Raucher (und Astronauten sind es nicht). Die Höhenkrankheit tritt meist unter 10 psi (~0,67 atm) auf, also über 10.200 ft (3.100 m).
@Giovanni Wenn es ein Leck gibt, werden einige Stunden benötigt, um das Leck zu erkennen, zu suchen, zu lokalisieren und zu reparieren. Der mögliche Verlust von 1,0 bis 0,8 atm ist also für die Sicherheit erforderlich.
@Giovanni okay, meine Recherchen haben gezeigt, dass 0,8 atm etwa 2000 m Höhe sind, was an der Grenze liegt, wo Menschen Probleme bekommen können.
@Arsenal Das stimmt, aber immer noch keine Höhenkrankheit für Nichtraucher, abgesehen von einer Beeinträchtigung des Nachtsehens und möglicher Schlaflosigkeit in dieser Höhe.
@Giovanni Warum überhaupt Schlaflosigkeit für die Art von Menschen riskieren, deren Zeit buchstäblich mehr wert ist als fast jeder andere?
"sollte sicherstellen, dass alles gut funktioniert und Brände verursachende Katastrophen von vornherein verhindern", einschließlich des Verzichts auf die Verwendung von reinem Sauerstoff.
@Martheen Wenn es kein Feuer gibt, spielt es keine Rolle. Hast du den letzten Satz gelesen? Das Feuer wäre sowieso zu stark geworden, die Astronauten konnten das Raumschiff nicht verlassen, die Schleusen waren wohl geschmolzen.
Warum hängen Sie an Apollo 1? Die Entscheidung wurde nach dem Vorfall getroffen und auf moderne Raumfahrzeuge mit unterschiedlicher Konfiguration angewendet.
Die Realität ist etwas komplizierter als diese Antwort behauptet, aber als Referenz hier ein von der NASA veröffentlichtes Papier zum Thema: Oxygen Partial Pressure and Oxygen Concentration Flammability: Can They Be Correlated?
@J ... danke für den Link zum Papier.
Warum werden Raumfahrzeuge und Raumanzüge nicht mit 2,5 psi (17 kPa) reinem Sauerstoff unter Druck gesetzt?
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