Норма давления атмосферного в перми: атмосферное давление в Перми сейчас, сегодня и прогноз самочувствия на 10 дней для метеочувствительных. Составлен по данным за 13.04.2021 13:00 мск

атмосферное давление в Перми сейчас, сегодня и прогноз самочувствия на 10 дней для метеочувствительных. Составлен по данным за 13.04.2021 13:00 мск

13 вт
Вечер
+9
90
758
+10
-2
0
14 ср
Ночь
+9
95
758
+10
-1
1
14 ср
Утро
+13
77
757
+8
-1
4
14 ср
День
+19
47
754
+6
-2
3
14 ср
Вечер
+13
80
753
+5
-2
0
15 чт
Ночь
+10
90
752
+4
-2
1
15 чт
Утро
+15
60
750
+2
-2
4
15 чт
День
+17
55
748
-1
-2
3
15 чт
Вечер
+14
87
747
-1
-1
0
16 пт
Ночь
+4
82
749
+2
+2
0
16 пт
Утро
+6
46
751
+3
+2
1
16 пт
День
+9
33
752
+4
+1
2
16 пт
Вечер
+5
59
753
+5
+2
0
17 сб
Ночь
+3
65
753
+5
0
0
17 сб
Утро
+6
41
753
+5
0
1
17 сб
День
+8
49
751
+3
-2
1
17 сб
Вечер
+3
75
748
0
-3
0
18 вс
Ночь
-1
79
748
0
0
0
18 вс
Утро
0
34
754
+6
+6
1
18 вс
День
+4
29
757
+9
+3
2
18 вс
Вечер
-2
53
759
+11
+2
0
19 пн
Ночь
-1
61
761
+14
+2
0
19 пн
Утро
+4
28
761
+14
0
1
19 пн
День
+7
29
760
+13
-1
2
19 пн
Вечер
+3
51
760
+13
0
0
20 вт
Ночь
+3
55
761
+14
+1
0
20 вт
Утро
+9
34
761
+14
0
1
20 вт
День
+10
31
760
+12
-2
2
20 вт
Вечер
+6
53
760
+13
+1
0
21 ср
Ночь
+4
80
760
+13
0
0
21 ср
Утро
+9
54
760
+13
0
1
21 ср
День
+12
51
759
+11
-2
1
21 ср
Вечер
+8
70
758
+10
-1
0
22 чт
Ночь
+6
89
758
+10
-1
0
22 чт
Утро
+13
52
757
+8
-1
1
22 чт
День
+16
40
754
+5
-3
1
22 чт
Вечер
+12
55
752
+4
-2
0
23 пт
Ночь
+4
70
750
+2
-2
0
23 пт
Утро
+7
53
752
+4
+2
1

Синоптики предупредили о резких перепадах атмосферного давления в Москве :: Город :: РБК

Фото: Максим Шипенков / EPA / ТАСС

В ближайшие несколько дней москвичей ожидают резкие перепады атмосферного давления, связанные с быстрой сменой теплых и холодных воздушных масс. Об этом РБК сообщил ведущий специалист центра погоды «Фобос» Евгений Тишковец.

«Если еще в среду барометры в столице показывали давление около нормы — 747 мм рт. ст., то в четверг атмосферное давление рухнет на 12 единиц вниз, после чего в пятницу снова резкий рост до 745 мм рт. ст. с сохранением стабильности до субботы. В воскресенье опять резкое падение до барического дна — 730 мм рт. ст. и потом опять взлет», — заявил он. Подобное явление Тишковец назвал в записи в своем Facebook «барическим молотком».

Жителей Центральной России предупредили о снегопадах и понижении давления

Тишковец сравнил эти перепады давления с ежедневным погружением в шахту глубиной около 100 м, с последующим резким подъемом «на уровень столичных высоток». Он отметил, что это негативно скажется самочувствии не только метеозависимых, но и здоровых людей.

3 марта Гидрометцентр России предупредил о надвигающемся на Москву и северо-западные регионы России похолодании. Ночью 6 марта, по данным Гидрометцентра, температура может упасть до минус 14 градусов, дневная температура составит около минус 5 градусов.

Врач рассказал, как пережить высокое атмосферное давление

В Пермском крае установилось аномально высокое атмосферное давление и стабильно держится уже третью неделю — это связано с тем, что регион оказался под влиянием сильного антициклона. 

Специалист ГИС-центра ПГНИУ Андрей Шихов в интервью «В курсе.ру» заявил, что стабильно высокое давление наблюдается в регионе приблизительно с конца прошлого месяца.

— С 28 ноября мощный антициклон определяет погоду в Пермском крае. Самое высокое атмосферное давление было 30 ноября — на 24 мм выше нормы, — рассказал синоптик.

По прогнозам Шихова, в ближайшие дни атмосферное давление будет постепенно снижаться, а к середине недели, с 16 числа, приблизится к норме.

Некоторые люди из-за высокого давления могут почувствовать себя плохо. Врач-терапевт Ирина Бабина поделилась способами борьбы с метеозависимостью.

Специалист утверждает, что наиболее остро скачки давления ощущают те, у кого есть заболевания сердечно-сосудистой системы, а также люди с хронической патологией других органов и систем, среди которых — нарушения ЖКТ, нервной и иммунной систем.

— Факторами риска для развития тех или иных симптомов также могут быть пожилой и старческий возраст, гиподинамия, низкий иммунитет, нерациональное питание, курение, злоупотребление алкоголем, — рассказывает «В курсе.ру» Ирина Бабина. 

Тем, у кого есть гипертоническая болезнь, специалист советует заранее просматривать прогнозы метеорологов и стараться, по возможности, вести более щадящий образ жизни, чем обычно, а именно — не переутомляться, исключить факторы риска, вредные привычки, стрессы, а главное — соблюдать правила приема своих лекарств от высокого давления и держать под контролем уровень артериального давления.

Помимо прочего, Ирина Бабина уверяет, что для того чтобы не допустить тяжелого состояния в такие неприятные дни, необходимо вести активный образ жизни правильно питаться с целью укрепления организма. 

— А гипертоникам не забывать принимать постоянно антигипертензивную терапию, контролировать свое артериальное давление. Людям с хронической патологией ЖКТ придерживаться рационального питания и периодически проходить курсы поддерживающей терапии. Также важно соблюдать режим труда и отдыха, не перегружать организм, больше гулять на свежем воздухе, стараться не воспринимать близко какие-либо стрессовые ситуации, которые тоже негативно отражаются на соматическом здоровье, — заключила эксперт.

Вопрос-ответ — Челябинский гидрометеоцентр

13 Апрель 14:00 в Челябинске

  • Температура воздуха +16 °C
  • Влажность воздуха 24%
  • Ветер юго-восточный 2-3 м/с
  • Атмосферное давление 758 мм
  • В течение суток давление понизится до 750 мм
  • Геомагнитное поле возможно спокойное

[АРХИВ ПОГОДЫ]

Сведения о погоде по
Челябинской области
с 08:00 12/04 до 08:00 13/04

Наблюдалась переменная облачность, днем местами прошли небольшие дожди (0,1-0,9 мм). Ночью в горах отмечались туманы. Температура воздуха была днем  +15,+21°, в горах до 12°, ночью -4,+2°, на юге до +7°.

 
Комментарий синоптика

Информацию об отмене занятий в школах г. Челябинска Вы можете посмотреть на сайте Единой дежурно-диспетчерской службы города Челябинска — edds74.ru в разделе — «Отмена занятий»




Ваши пожелания

Дополнительные предложения по дальнейшему развитию сайта Вы можете отправить, заполнив форму в разделе «Вопрос-ответ».

Голосование

 
Как вы считаете, какие меры реально (с учетом возможностей и последствий) предпринять для улучшения экологической ситуации в г. Челябинске?
 
Закрытие или перенос промышленных предприятий   34%
Транспортная революция   12%
Повышение экологической культуры населенеия   7%
Контроль за выбросами   46%

[ Результаты | Архив опросов ]
Главная> Вопрос-ответ> Вопрос

ответьте пожалуйста какая норма атмосферного давления в Челябинске летом и какая зимой заранее спасибо

Норма атмосферного давления в г. Челябинске составляет: в январе — 744 мм.рт.ст., в июле — 737 мм.рт.ст.


Информер


Вы можете разместить этот информер на свой сайт!!!

подробнее…

 

Новая услуга: Изготовление сертификата о погоде в Вашу памятную дату (день рождения, день свадьбы и т.д.) т. 729-83-63,  232-09-58   подробнее… 


Это интересно

Весна-весна на улице


За начало весны в разных науках принимаются разные даты. В астрономии считается, что наступление весны совпадает с днем весеннего равноденствия   22 марта. У метеорологов весенний сезон начинается после перехода среднесуточной температуры воздуха через 0.
подробнее…

Теплое лето – холодная зима?


Насколько часто оправдывается эта народная примета? Специалисты Челябинского Гидрометцентра провели анализ повторяемости суммарных температур…
подробнее…

Новости


26.03.21
Вероятностный прогноз температуры и осадков в России на вегетационный период (апрель — сентябрь) 2021 г.
Прогноз средней месячной температуры воздуха и осадков на вегетационный период 2021 года на территории, подведомственной ФГБУ «Уральское УГМС» (Свердловская, Челябинская, Курганская области, Пермский край)
подробнее…

25.03.21
Поздравление руководителя Росгидромета Игоря Шумакова с Днем работников гидрометеорологической службы России!
подробнее…

Погода в Пермском крае: атмосферное давление выше нормы, возможно усиление морозов | Дневная Пермь

Девятый день подряд погоду на Урале формирует мощный антициклон «Дигер». На прошлой неделе в Пермском крае наблюдалось значительное похолодание — до -28…-35°. К концу недели температура воздуха существенно повысилась. Вчера впервые за последние две недели минимальная температура в Перми была выше -20°, а среднесуточная ниже нормы всего на 1°. Таким образом, можно говорить об окончании первой волны холодов в Перми, которая продолжалась две недели. За это время в Перми было 8 дней с минимальной температурой ниже -25°, но ни разу не было холоднее -30°. Морозы были умеренные, но с 23 января по 4 февраля наблюдалось аномально высокое атмосферное давление – в большинстве дней свыше 770 мм. рт. ст.

Однако антициклон «Дигер» отличается не только исключительной мощностью, но и устойчивостью, началась его регенерация  – падение давления сменилось ростом. В результате вчера вновь начался рост атмосферного давления, которое достигло сегодня утром рекордных значений – в Перми 778 мм. рт. ст. Такое же давление наблюдалось 1 февраля.

Сегодня начнется быстрое ослабление антициклона «Дигер», уже к 9 февраля он перестанет существовать. Атмосферное давление в результате понизится на 13-15 мм. рт. ст, но останется выше нормы. Температура воздуха в ближайшие дни существенно не изменится, а с 9 февраля на фоне полного штиля возможно небольшое усиление морозов в ночные часы (до -25…-30°). В течение всей нынешней недели будет холоднее нормы на 3-7°.

За счет преобладания антициклонов на территории Пермского края дефицит осадков, наиболее выраженный на юге, там с 1 декабря по 7 февраля выпало 25-50% нормы. В северных и западных районах Прикамья чуть больше — 50-90% от нормы. В Перми выпало 6,9 мм, январь стал самым сухим за последние 62 года. Всего в течение зимнего сезона в Перми выпало 40 мм осадков – около 40% от нормы. Об этом сообщили в Центре геоинформационных систем ПГУ.

Читайте также:

синоптики рассказали об экстремальном похолодании 23 февраля — РТ на русском

Синоптики предупреждают, что 23 февраля на большей части европейской территории России установится морозная погода. По словам научного руководителя Гидрометцентра РФ Романа Вильфанда, в этот день в ряде регионов страны температура окажется на 15—16 °С ниже нормы. Похолодание будет сопровождаться повышением атмосферного давления. Однако к концу недели значительно потеплеет — в столичном регионе воздух будет прогреваться до нулевых отметок.

Начало последней недели февраля ознаменуется морозной погодой почти на всей территории европейской части России. Синоптики прогнозируют, что в некоторых регионах ночь на 23 февраля может стать самой холодной с начала зимы.

По словам научного руководителя Гидрометцентра Романа Вильфанда, в этот день в ряде регионов страны установится погода с температурой ниже нормы на 15—16 °С.

«23 февраля будет самым суровым морозным днём. В центре европейской части России — до -35 °C. На севере европейской территории России — до -38 °C. Даже на юге очень низкие температуры — -20…-25 °C. На Урале — до -40 °C», — рассказал собеседник RT.

Атмосферное давление начнёт расти уже в ночь на понедельник, 22 февраля: в столице похолодает до -13…-15 °С, днём — до -11…-13 °С. По области — до -25 °С ночью и до -20 °С днём.

Затем давление продолжит расти (почти до 770 мм рт. ст.), в Москве ожидается похолодание до -25…-27 °С, а днём при солнечной маловетреной погоде воздух прогреется до -15…-17 °С. В последний раз такие морозы 23 февраля в столице были зафиксированы в 1956 году, когда температура опускалась до -27,1 °С.

По области температура может опускаться до -33 °С, днём — до -25 °С, причём синоптики сообщают, что в некоторых частях столичного региона экстремально холодной будет и следующая ночь.

Специалисты также предупреждают о морозной погоде в начале недели в Башкирии, Нижегородской и Самарской областях, Татарстане, Удмуртии и других регионах европейской части России. Однако погодная аномалия будет фиксироваться и на остальной территории страны — «фактически до тихоокеанского побережья», сообщил Роман Вильфанд РИА Новости.

На представленной ниже инфографике Университета штата Мэн показан прогноз по средним значениям температур на 24 февраля. Фиолетовым закрашены районы, в которых столбики термометра опустятся ниже -25 °С.

  • Изображение с портала Climate Reanalyzer, Институт изменения климата, Университет штата Мэн, США

Ранее главный специалист Метеобюро Москвы Татьяна Позднякова сообщила, что в период с 20 по 24 февраля в городе может выпасть до четверти месячной нормы осадков — слой свежевыпавшего снега достигнет 10—12 см. Сильные осадки ожидаются в Петербурге. Так, главный синоптик города Александр Колесов заявил ТАСС, что к началу рабочей недели ожидается выпадение 20—25 мм осадков (65—80% месячной нормы для февраля).

Уже в среду, 24 февраля, атмосферное давление на европейской части России начнёт падать, а температура — повышаться. В столице столбики термометров поднимутся до -10…-12 °С, по области — до -10…-20 °С. А к концу недели метеорологи ожидают, что воздух в столичном регионе будет прогреваться до нулевых отметок.

«Начнётся заметное повышение температуры. За три дня, если говорить о центре Европейской России, температура повысится на 25—30 °С», — рассказал RT Вильфанд.

«Утром 26 февраля температура будет стремиться к нулевой отметке. Самые последние дни февраля будут тёплыми. 27 и 28 февраля температура будет градусов на пять-шесть выше нормы», — добавил он.

Вместе с тем специалист призвал не ассоциировать это с приходом климатической весны. По его словам, ещё будет похолодание: «Весна не придёт так быстро и непринуждённо».

В середине февраля многие регионы России — от Крыма до Сахалина — оказались во власти сильных снегопадов. На юго-западе страны на несколько часов было полностью перекрыто движение по мосту через Керченский пролив, в Москве был практически побит рекорд по высоте снежного покрова (он достиг 59 см), а Дальний Восток оказался в зоне действия очень глубокого южного циклона.

В то же время сильные снегопады накрыли значительную часть южных штатов США, включая Техас, Аризону, Алабаму, Миссисипи и Луизиану. При этом рекордно низкие температуры были зафиксированы и в более северных штатах. Президенту Джо Байдену даже пришлось объявить Техас зоной стихийного бедствия.

Сильные холода, сопровождавшиеся серией атлантических штормов, затронули Европу и Ближний Восток. Снег накрыл многие страны Средиземноморья, включая Испанию и Грецию, и выпал даже в Саудовской Аравии. В более северных странах отмечались сильные холода, например в Нидерландах замёрзли каналы — это сравнительно редкое событие.

По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), февральские экстремальные погодные условия в северном полушарии были вызваны явлением, которое называется внезапное стратосферное потепление. Специалисты поясняют, что сильное повышение температуры атмосферы на высоте порядка 30 км над Северным полюсом привело к ослаблению полярного вихря, который обычно в течение зимы удерживает самый холодный воздух в Арктике. Именно это позволило холодному воздуху проникнуть в средние широты, а более тёплому — подняться в Арктику.

В Гидрометцентре рассказали про атмосферную впадину — Российская газета

Атмосферное давление начнет приходить в норму только в середине недели.

— В середине недели атмосферное давление сравняется со среднеклиматическими значениями — это 748 мм ртутного столба. При этом в течение прошлой недели мы наблюдали так называемый климатический зуб. Когда два дня давление было близко к экстремально высокому. На графиках это выглядело как большой зуб или клык, — рассказала «Российской газете» заведующая лабораторией Гидрометцентра России Людмила Паршина.

По словам синоптика, уже во второй половине нынешней недели давление резко понизится. К 29 ноября до 732 мм ртутного столба, что на 15 единиц ниже нормы. Это уже больше будет напоминать атмосферную впадину.

Как считают врачи, перепады давления негативно сказываются на здоровье людей, страдающих хроническими заболеваниями. Поэтому в такие периоды надо быть особенно внимательными к своему здоровью. К тому же от перепадов давления зависит настроение. Оно резко ухудшается, когда давление низкое.

Температура тоже будет неустойчивая. Так, первая половина недели в центральных областях будет довольно холодной. В Москве в понедельник днем ожидается минус 3-5 градусов, в Подмосковье — минус 2-7 градусов, без осадков. 26 ноября ночная температура в Москве составит минус 7-9, по области опустится до минус 11 градусов, местами — до минус 15-ти. Днем ожидается минус 2-4 градуса, по области — до минус 6, переменная облачность и без осадков. 27 ноября ночью мороз уже будет слабее, чем в предыдущие дни: в Москве минус 3-5, по области до минус 8, только в отдельных местах до минус 13 градусов. Днем ноль-минус 2 в Москве и по области до плюс 1 градуса. Также без осадков. Температура войдет в климатические рамки, а дальше — 28 и 29 ноября — небольшой снег. Ночью минус 1-6 градусов, а днем минус 3-плюс 2 градуса. Ветер южных направлений. Ледяной дождь Гидрометцентр не прогнозирует. И осадки будут довольно слабые.

На севере европейской территории будет тепло. И даже на крайнем севере — в Коми, Ненецком округе — температура на 6-8 градусов выше климатической нормы. В Мурманской области в понедельник ожидается сильная гололедица, на востоке Пермского края — сложные гололедные отложения. Надо быть осторожными на улицах.

На севере Сибири (север Красноярского края) будет наблюдаться повышение температуры на 8-10 градусов. В начале недели там по ночам мороз будет до 30-35 градусов, днем до 25 градусов, а к середине недели потеплеет на 10 градусов.

В Поволжье холод задержится. Особенно в Самарской области. 25 и 26 ноября там сохранятся аномальные холода. Среднесуточная температура ниже нормы на 9 и более градусов.

Атмосферное давление — статья энциклопедии

.
Для получения дополнительной информации см .: Атмосфера Земли и давление .

Атмосферное давление в любой заданной точке атмосферы Земли — это направленная вниз сила на единицу площади, действующая на горизонтальную поверхность в этой точке за счет веса воздуха над этой поверхностью.

Атмосферное давление на уровне моря зависит от географического положения, температуры и влажности воздуха, а также от погодных условий.На самом деле изменение атмосферного давления на уровне моря обычно указывает на грядущее изменение погоды. Поскольку температура и влажность воздуха, а также погода меняются в зависимости от сезона (т.е. зима, весна, лето и осень), атмосферное давление на уровне моря также меняется в зависимости от времени года.

Нормативные значения атмосферного давления на уровне моря

Для получения дополнительной информации см .: Нормальные условия температуры и давления газа и атмосферы (единица измерения) .

В 1954 году 10-я конференция Générale des Poids et Mesures (CGPM) приняла стандартную атмосферу для общего использования и определила ее как ровно 1 013 250 дин на квадратный сантиметр (101 325 Па). [1] Это значение было предназначено для представления среднего атмосферного давления на среднем уровне моря на широте Парижа, Франция, и с практической точки зрения действительно отражает среднее давление на уровне моря для многих промышленно развитых стран (с широты, похожие на Париж).

Международная стандартная атмосфера (ISA), используемая Международной организацией гражданской авиации (ИКАО), также определяется как 101 325 Па на уровне моря. [2] Стандартная атмосфера США также определяет атмосферное давление на уровне моря как 101 325 Па. [3]

В химии — оригинальное определение «Стандартной температуры и давления» Международного союза теоретической и прикладной химии. (ИЮПАК) была эталонной температурой 0 ° C (273.15 K) и давление 101 325 Па. Однако в 1982 году IUPAC рекомендовал, чтобы для целей определения физических свойств веществ «стандартное давление» было определено как 100 000 Па (1 бар). [4]

Однако атмосферное давление на уровне моря 101 325 Па (как определено CGPM, ICAO, а также IUPAC до 1982 г. ) по-прежнему очень широко используется.

Некоторые эквивалентные значения атмосферного давления на уровне моря (в других единицах измерения) составляют 760 мм рт. Ст. (Или 760 торр), 29.92 дюйма рт. Ст., 1,01325 бар, 14,696 фунт / кв. Дюйм и 1013,25 мбар.

В связи с этим представляет интерес, атмосфера (символ: атм), определяемая как 101 325 Па, является единицей измерения давления. Разница между атм и баром составляет около 1%, что несущественно для многих приложений и находится в пределах диапазона погрешности многих распространенных манометров.

Изменение атмосферного давления с высотой

Базовые значения для U.S. Стандартная атмосфера [3]
Регион
Номер
Диапазон высот
(м)

(Па)

(К)

(К / м)

(м)
1 0,00 до 10 999 101 325 288,15 -0,0065 0,00
2 11 000–19 999 22 632 216,65 0,00 11 000
3 от 20 000 до 31 999 5 474 216.65 0,001 20 000
4 от 32 000 до 46 999 868 228,65 0,0028 32 000
5 47 000–50 999 110 270,65 0,00 47 000
6 51 000 до 70 999 66 270,65 -0,0028 51 000
7 от 71 000 до 85 000 4 214.65 -0,002 71 000

По мере того, как высота точки в атмосфере увеличивается, вес вышележащей атмосферы уменьшается, и, следовательно, атмосферное давление уменьшается. Проще говоря, атмосферное давление на вершине высокой горы ниже, чем атмосферное давление на уровне моря.

Стандартная атмосфера США [3] предоставляет два уравнения для расчета атмосферного давления на любой заданной высоте до 86 километров (53 мили).Уравнение 1 используется, когда градиент [5] не равен нулю, а уравнение 2 используется, когда градиент равен нулю: [3] Два уравнения действительны для семи различных высотных регионов атмосферы Земли: используя назначенные базовые значения (из соседней таблицы) для, и для каждого из семи регионов: [3] [6]

Уравнение 1:
Уравнение 2:

Например, атмосферное давление на высоте 10 000 метров получается как 26 437 Па с помощью уравнения 1 и соответствующих базовых значений для области номер 1 высоты.

Список литературы

Погода: ощущение давления

Ощущение давления

Устали ли вы в конце дня? У меня есть для тебя оправдание. Во всем виновато атмосферное давление. Если что-то плавает, оно должно быть легче пера. Но атмосфера плывет, и в этом нет ничего необычного: от 10 до 20 тонн атмосферы покоится на среднего взрослого.

Почему мы не рухнем под таким давлением? К счастью, наши тела изнутри оказывают такое же давление, что и атмосфера.Итак, 10 тонн воздуха могут покоиться на вас, но еще 10 тонн выталкиваются наружу изнутри вашего тела. На самом деле никто не падает в обморок, и почти никто даже не замечает тяжелый воздух. Но если у вас была операция, травма или, возможно, заболевание соединительной ткани (например, артрит), ваше тело может не находиться в точном естественном равновесии с окружающей средой. Вы действительно можете почувствовать это, когда давление в атмосфере меняется. На следующем рисунке показан этот баланс.

Weather-Wise

Температура кипения воды зависит от давления. Температура воды на поверхности составляет 212 градусов по Фаренгейту. Но на высоте 100 000 футов вода кипит всего лишь при 40 градусах.

Сама атмосфера очень чувствительна к своим изменениям. Небольшого изменения — даже 1 процента или меньше — достаточно, чтобы вызвать ветер и вызвать шторм.

Ощущение давления.

Источник давления

Поскольку атмосфера состоит из группы газов, она должна иметь определенный вес. Следующая таблица показывает состав атмосферы? И повезет ли нам когда-нибудь! Для поддержания жизни существует только правильная смесь кислорода и азота, и достичь этой смеси было нелегко.

Состав атмосферы .

%
Постоянные газы
Азот 78,08%
Кислород 20,95%
Аргон 0,93%
Неон 0,0018%
0,0018%
Гелий
Метан 0,0001%
Водород 0,00005%
Ксенон 0.000009%
Переменные газы
Водяной пар 0-4%
Двуокись углерода 0,034%
Озон 0,000004%
Окись углерода 0,00002%
Двуокись серы 0,000001%
Двуокись азота 0,000001%
Пыль, сажа и т. Д. 0,00001%

Если бы Земля была ближе к Солнцу, сильная жара была бы заставляют газы выходить — точно так же, как пар выходит из кипящего котла с водой.На Венере температура достигает 900 градусов. Средняя температура Меркурия — 500 градусов. Если бы Земля была меньше, ее гравитационное притяжение уменьшилось бы и, как на Луне, атмосфера потерялась бы в космосе.

Если бы Земля была на больше , много неприятных газов осталось бы в атмосфере из-за более сильного гравитационного притяжения. Например, самый распространенный газ во Вселенной — водород, но наша атмосфера не содержит много водорода. То, что присутствует, соединяется с кислородом, просто образуя низкие концентрации водяного пара. Водород и многие его соединения слишком легкие, чтобы их сдерживала гравитационная сила Земли. Так что они ускользают, и это хорошо, потому что эти водородные соединения, такие как метан и аммиак, ядовиты.(Более того, водород взрывоопасен.) Эти газы находятся вокруг более крупных планет, таких как Юпитер. Поэтому жизнь там поддерживать нельзя.

Итак, нам невероятно повезло, что у нас есть планета подходящего размера и на правильном расстоянии от Солнца. Это уникальное расположение — сочетание расстояния и размера — также отвечает за нашу погоду, включая давление и его колебания.

Давление — это вес столба воздуха на единицу площади поверхности. Это сила на единицу площади.Эта сила является функцией веса атмосферы по отношению к гравитационному притяжению планеты.

Weather-Speak

Барометр — это прибор, используемый для измерения атмосферного давления. Есть два типа барометров: анероидные и ртутные. Анероид имеет металлическую поверхность и стрелку с градуированной шкалой. Mercurial содержит ртуть в градуированной стеклянной трубке.

Барометры.

Давление и высота.

Нормальное отклонение

Атмосферное давление удивительно стабильно. В среднем атмосфера весит около 15 фунтов на квадратный дюйм. Давление также выражается в метрической единице — миллибар (мб). бар — это базовая единица измерения давления, а миллибар — одна тысячная бара. Среднее значение давления на уровне моря составляет 1013,2 мбар. Мне нравятся миллибары, но наиболее распространенная единица измерения — дюймы ртутного столба, относящиеся к тому, насколько высоко столбик ртути поднимется в трубке, где нет атмосферы.Нормальное давление на уровне моря составляет 29,92 дюйма. Эти трубки называются барометрами .

Барометр-анероид не содержит жидкости. Термин анероид происходит от греческого значения «без жидкости». Маленькая коробочка внутри инструмента будет расширяться или сжиматься, когда давление вокруг него уменьшается или увеличивается. При изменении громкости циферблат перемещается вправо или влево, показывая давление. Барометр такого типа можно найти в большинстве домов. Показание давления также выражается в дюймах.На рисунке ниже показаны эти барометры, которые мы обсудим более подробно, когда рассмотрим инструменты на метеостанции.

Обычно на уровне земли атмосферное давление не колеблется более чем на несколько процентов — от 30,50 до 29,50 дюймов. Поскольку во время дождя воздух поднимается, давление будет ниже. Самый глубокий шторм редко будет иметь давление ниже 29 дюймов, хотя некоторые ураганы могут иметь давление ниже 28 дюймов. Самые сильные сухие области высокого давления редко превышают 31 дюйм.Таким образом, относительно небольшое колебание давления может привести к совершенно иной погоде.

Поскольку давление является результатом гравитационного притяжения Земли, более высокие возвышения будут испытывать пониженное давление — меньше атмосферы находится выше там. На рисунке внизу страницы показано изменение давления для разных высот.

Кстати, реальное давление не так важно, как на смена давления. Изменения давления указывают на сдвиги в вертикальном движении.Эти слова на ободке барометров «Ясно, бурно, дождливо» ничего не значат. Вам даже не нужно беспокоиться о настройке барометра на определенный стандарт. Просто наблюдайте за изменением или вариацией, и изменение давления даст вам твердые подсказки о том, что вот-вот произойдет.

Сопротивляясь стихиям

Самое высокое давление, когда-либо зарегистрированное, составило 1085,6 мбар (32,06 дюйма) в Тосонценгеле на северо-западе Монголии 19 декабря 2001 года. Температура была всего 41 градус ниже нуля.Чрезвычайно холодный и плотный воздух способствовал такому очень высокому давлению. Самое низкое давление на уровне моря, когда-либо зарегистрированное, составляло 870 миллибар (25,69 дюйма) 12 октября 1979 года, примерно в 1000 милях к востоку от Филиппин в зоне тайфуна «Наконечник». В Соединенных Штатах самое низкое давление было 26,35 дюйма во время урагана 1935 года, который пересек Флорида-Кис. Абсолютно самое низкое давление еще предстоит измерить — оно может произойти во время торнадо. Шансы на то, что барометр окажется в торнадо и выдержит его ярость, ничтожны.

Выдержка из The Complete Idiot’s Guide to Weather 2002 Мел Гольдштейн, доктор философии. Все права защищены, включая право на полное или частичное воспроизведение в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (США) Inc.

Atmo336 — осень 2002 г.

Atmo336 — осень 2002 г.

Влияние изменения давления и плотности воздуха на тело человека

Люди могут выжить на высоте до 20 000 футов (3.8 миль) над уровнем моря. На высоте более 20000 футов человеческое тело начинает страдать от состояния, называемого гипоксия , при которой мозг не получает достаточно кислорода для долгосрочное выживание. Проблема в том, что на высоте более 20 000 футов плотность воздуха слишком низко. Хотя воздух на высоте 20000 футов все еще содержит около 21% кислорода, но количество молекул воздуха на единицу объема слишком мало. Чтобы понять, почему это проблема, вам нужно подумать о том, как работает дыхание.

Непосредственно перед вдохом давление воздуха в легких равняется атмосферному. давление воздуха снаружи.Когда вы делаете вдох, мышцы работают чтобы расширить легкие (увеличить объем легких). Увеличение объем контейнера с воздухом вызовет давление воздуха внутри контейнера уменьшаться (уменьшается скорость столкновения молекул воздуха с контейнером). С более низким давлением воздуха в легких по сравнению с наружным воздухом врывается в ваши легкие, пока давление воздуха в легких не сравняется с давлением воздуха снаружи (атмосферное давление). Другой способ подумать об этом — это то, что воздух поступает в легкие до тех пор, пока плотность воздуха (количество молекул на объем) внутри примерно равен плотность воздуха снаружи.(Для всех вас, кто занимается наукой, плотность воздуха внутри ваши легкие не будут точно соответствовать плотности воздуха снаружи, потому что воздух в ваших температура легких отличается от температуры воздуха на улице, но это помогает при объяснение).

При вдохе нельзя сжимать воздух в легких до более высокого давления (или плотности), чем воздух снаружи. Все, что вы можете сделать физически, — это увеличить объем легких и создаваемая разница в давлении выталкивает воздух в легкие. Ваше тело извлекает кислород из воздуха всякий раз, когда молекула кислорода сталкивается с принимающими кислород поверхностями ваших легких.На больших высотах плотность воздуха уменьшается, поэтому в объеме вашего открытого легкие. Просто не хватает столкновений между молекулами кислорода и поверхностью ваших легких, чтобы извлекать достаточно кислорода для функций организма. Много людей, особенно те, кто не привык к большой высоте, начинают испытывать проблемы из-за недостатку кислорода на высотах ниже 20 000 футов (высотная болезнь).

В целом, когда люди проводят время на больших высотах, их тела привыкают к снижение уровня доступного кислорода.Вот почему вам рекомендуется провести несколько дней на большой высоте, прежде чем делать какие-либо напряженная деятельность (например, восхождение на высокие горы). Некоторые спортсмены будут тренироваться по максимуму. высоты, чтобы их тела стали более эффективно извлекать кислород, что дает им преимущество при выполнении напряженных действий, во время которых в организме много кислорода требовать.

А как насчет коммерческих самолетов, которые часто летают на высоте более 30 000 футов? Коммерческий самолеты находятся под давлением, т.е., наружный воздух подается и сжимается в кабине, повышение плотности и давления воздуха. Объявление «в кабине повышено давление. комфортная высота »означает, что давление в кабине отрегулировано таким же, как и атмосферное давление на меньшей высоте (чем летит самолет). На практике коммерческие кабины самолетов герметизируются при взлете и остаются герметичными на протяжении всего полета. В кабине обычно создается давление около 75% среднего атмосферного давления на уровне моря.Как только самолет поднимется на большую высоту, любая дыра в кабине приводит к выбросу воздуха из самолета до тех пор, пока давление в салоне не сравняется с внешним давлением. В этом случае необходимо использовать кислородные маски, иначе вы не сможете жить.

Хотя кабина находящиеся под давлением, люди обычно ощущают последствия смены воздуха давление в быстро поднимающемся или спускающемся самолете со стороны ощущение хлопка в ушах. Быстрый подъем или спуск по скоростной лифт или на горных дорогах часто производит то же самое ощущение. Выталкивание ушей является симптомом естественного ответ, который помогает защитить барабанную перепонку от повреждений. В физиологические подробности лопания в ушах описаны ниже.

Барабанная перепонка отделяет внешнее ухо от среднего уха. камера. Когда самолет взлетает и давление в кабине падает, однако давление воздуха на внешнее ухо уменьшается. Как воздух изменяется давление на наружное ухо, искажается барабанная перепонка если компенсационное изменение давления не происходит в середине ухо. Если давление не выравнивается между наружным и в среднем ухе барабанная перепонка выпячивается наружу (см. рис. 4.12a). С другой рука, когда самолет снижается и давление в кабине увеличивается, воздух давление в наружном ухе увеличивается. Без компенсации изменение давления в камере среднего уха, вздутие барабанной перепонки внутрь (см. рисунок 4.12b). В обоих обстоятельства, деформация барабанной перепонки вызывает не только физические дискомфорт, но выпуклая барабанная перепонка не вибрирует эффективно и звуки приглушены.Если разница в давлении воздуха между среднее и внешнее ухо продолжает увеличиваться, барабанная перепонка может разорваться, что может привести к необратимой потере слуха. К счастью, в теле есть естественный механизм, изменяющий воздух. давление в камере среднего уха. Евстахиева труба соединяет среднее ухо с глоткой, что, в свою очередь, приводит к наружу через ротовую и носовую полости (см. рис. 4.12c). Обычно Евстахиева труба закрыта там, где она входит в глотку, но она открывается, если между среднее ухо и глотка.

Открытие евстахиевой трубы позволяет снизить давление воздуха в среднее ухо для быстрого уравновешивания с внешним давлением воздуха и барабанная перепонка возвращается к своей нормальной форме. Колебания барабанные перепонки, которые связаны с быстрым изменением ее формы: то, что человек слышит как «треск в ушах». Выталкивание ушей, таким образом, способ тела предотвратить необратимую потерю слуха, когда испытывает резкое изменение давления воздуха. Зевота или глотание ускоряет открытие евстахиевой трубы, тем самым уменьшая период дискомфорта.По этой причине авиапассажирам рекомендуется жевать жвачку при подъеме и спуске самолета. На некоторых полеты, бортпроводники раздают леденцы. Жевательная резинка, сосать леденцы, и даже запах и вкус этих вещества сигнализируют мозгу, который, в свою очередь, ускоряет выделение слюны из слюнных желез (расположенных в челюсти область, край). Скопление слюны в полости рта вызывает глотание. рефлекс, который открывает евстахиеву трубу и уравновешивает давление воздуха с обеих сторон барабанной перепонки.

Атмосферное давление и состав — Лунная усадьба

Самая важная особенность прочного корпуса Lunar Homestead (и любой Homestead) заключается в том, что он надежно и эффективно удерживает атмосферу среды обитания. Совершенно очевидно, правда? Итак, давайте определим, какое именно атмосферное давление и состав нужны нашим хозяйкам.

Атмосферное давление и состав тесно связаны.Кислород является наиболее важным компонентом любого дыхательного газа (по крайней мере, для человека). Пока парциального давления кислорода достаточно, чтобы поддерживать нашу жизнь и функционировать, мы можем играть с инертными газами и общим давлением. Каждый газ в газовой смеси имеет парциальное давление, которое является просто давлением этого отдельного газа, если бы это был единственный газ. Сумма всех парциальных давлений и есть полное давление. Все наши варианты имеют существенные преимущества и недостатки, поэтому найти правильный микс очень сложно.

Есть 4 ключевых «игрока» в выборе «идеального» атмосферного давления и состава.

  • Физиология человека — наш дыхательный газ не только должен поддерживать жизнь наших жильцов, он также должен обеспечивать комфорт и безопасность. Нет смысла жить на Луне, если ты все время болен и несчастен. С таким же успехом мы могли бы остаться на Земле, если это так.
  • Проблемы с логистикой. Когда начнутся добыча и переработка, у нас будет достаточно кислорода на Луне.Еще одна история — азот (или любой физиологически инертный газ), углерод и вода (все необходимые ингредиенты для газовой смеси, пригодной для дыхания). Также следует учитывать запасные части для оборудования жизнеобеспечения. Решения, принятые сейчас, будут иметь прямое влияние на начальные и текущие расходы каждой усадьбы.
  • Инженерные требования — Создание устойчивой, долгосрочной системы жизнеобеспечения человека (и других форм жизни) — это огромная инженерная задача. Выбор дыхательного газа — лишь одна часть головоломки.Более высокое атмосферное давление означает более толстый корпус, но, возможно, менее надежные охлаждающие вентиляторы. Здесь нужно учесть множество движущихся частей (простите за каламбур).
  • «Миссия» — НАСА (и другие агентства) выбирают газ для дыхания на основе того, что они хотят, чтобы их астронавты делали, и как долго они должны это делать. Каждая миссия Аполлона длилась менее двух недель. Наша «миссия» намного сложнее. Нам нужно разработать технологии и протоколы, чтобы люди могли комфортно жить на Luna бесконечно долго.Такого еще не было.

У нас есть узкий диапазон давлений и смесей кислорода, с которыми мы можем работать. Две крайности:

  • Одна стандартная атмосфера — это давление и состав атмосферы Земли на уровне моря (за вычетом водяного пара) и максимум, который нам необходим. Большая часть жизни на этой планете, дышащей воздухом, хорошо адаптирована к этой атмосфере, и это было бы лучшим выбором для максимального комфорта нашего хозяина дома.
  • По данным НАСА, минимально допустимое парциальное давление кислорода составляет 3.6 фунтов на квадратный дюйм (24,82 кПа) со 100% кислородом (3). Я буду считать это минимальным требованием для хозяйки дома. Эта атмосфера представляет значительный риск для здоровья и не идеальна.
  • Сладкое пятно между этими двумя — Где-то между этими двумя крайностями находится давление и композиция, которые идеально подходят для Лунных поселенцев (а также для других поселенцев). Найти это место и является целью этого исследования.

Одна стандартная атмосфера лунной усадьбы (1 SLHA)

Я собираюсь создать новую единицу атмосферного давления и состава.Как смиренно с моей стороны! В любом случае, это давление и состав, которые, как я пришел, оптимальны для Лунных поселенцев, исходя из имеющихся ресурсов, рисков для здоровья, рисков пожара, технических трудностей и комфорта. Я, вероятно, совершенно ошибаюсь и мне придется изменить это в будущем. Но я должен начать определять все эти параметры, иначе я ничего не сделаю. Я определенно планирую в конечном итоге экспериментально исследовать дерьмо из SLHA.

Итак, вот оно:

78% азота / 21% кислорода при 70.11 кПа (эквивалент 3000 метров над уровнем моря)

Первоначально я думал, что есть одна значимая переменная, которая доминирует над всеми остальными соображениями. Наличие азота (или любого биологически инертного газа) на Луне. Их просто не так уж и много. Конечно, недостаточно, чтобы заполнить сотни (тысячи, миллионы!) Усадеб одной стандартной атмосферой. Нашим поселенцам придется постоянно доставлять с Земли большие количества азота за огромные деньги. Заглядывая в будущее, мы не знаем, сколько азота мы найдем в астероидах, и мы обнаружили лишь небольшое количество азота в атмосфере Мара.Казалось, что азот станет серьезным препятствием для человеческих поселений в Солнечной системе, если мы будем полагаться на него слишком сильно. Атмосфера со 100% кислородом казалась логичным решением (и НАСА использовало ее во многих миссиях).

Теперь мне ясно, после всех моих исследований, что мы просто не можем использовать 100% кислородную атмосферу. Риски, которые можно контролировать для краткосрочных миссий, слишком велики для бесконечного использования. Лунные усадьбы должны быть достаточно безопасными и удобными местами, где люди могут жить, растить семью и получать удовольствие от жизни.Так логистика опустилась на третье место. Текущий порядок приоритетов (от наибольшего к наименьшему):

  • Воздействие на здоровье — Мы хотим, чтобы наши поселенцы жили долгой и содержательной жизнью. Нет смысла делать это, если все заболевают раком и умирают в 40 лет. Или если частичное коллапс легкого — обычное явление. Их атмосфера должна быть максимально здоровой.
  • Пожарная опасность — Поселенцы — это не астронавты, выполняющие ограниченную по времени миссию. Им захочется приготовить ужин (возможный источник возгорания) и спать на удобной кровати с большим количеством подушек (возможные источники топлива).Нам придется спланировать случайные случаи возникновения открытого огня или перегрева провода.
  • Логистика — Доставка азота с Земли — огромная заноза в заднице. Это, вероятно, в любом случае неизбежно, даже если нам он не нужен для нашего дыхательного газа. Домохозяйствам азот понадобится для сельского хозяйства и некоторых промышленных процессов. То, что они получают от реголита, вероятно, будет недостаточно для этих действий. Они могут импортировать аммиак (NH 3 ) и получать водород (для производства воды) вместе с азотом.Или они могут просто купить газообразный азот. Возможно, система будет похожа на те баллоны с пропаном, которые можно найти вне некоторых магазинов. Хозяин купит новый баллон с азотом. Когда он прибывает, они меняют его на израсходованный бак. Затем корабль отправился обратно на Землю. Когда у нас будут Лунные усадьбы и надежная транспортная система, которые поддержат их, станет возможным множество интересных вещей.
  • Инженерные проблемы — Мы знаем, что все это возможно. Нам просто нужно хорошо понимать, как мы это делаем.У нас гораздо больше гибкости, поскольку масса не является таким критическим параметром.

Преимущества одного SLHA:

  • Это хорошо изученная газовая смесь. Миллионы людей сейчас дышат им. Это должно быть так же безопасно, как дышать воздухом на уровне моря.
  • Она должна быть такой же удобной, как газовая смесь уровня уплотнения. Никаких вокальных изменений, аналогичные тепловые характеристики и аналогичная влажность.
  • Имеет наименьший риск возгорания. Концентрация кислорода такая же, как на уровне моря (21%), а парциальное давление кислорода немного меньше.
  • Риск внезапной декомпрессии из-за высокоэнергетического удара меньше. Пониженное общее давление снижает риск внезапной баротравмы для экипажа и снижает скорость атмосферных потерь. А пониженное парциальное давление кислорода снижает риск возгорания от такого удара.
  • «Нормальная» утечка будет меньше, чем одна стандартная атмосфера смеси, потому что давление меньше.
  • Проектирование и оснащение среды обитания станет проще. Мы можем использовать готовые изделия, потому что атмосфера не «экзотическая».Вещи должны вести себя ожидаемым образом.
  • Прочный корпус МОЖЕТ быть немного тоньше из-за пониженного общего давления. Не потому, что мы собираемся спроектировать всю систему для работы в диапазоне давлений от одной SLHA до одной стандартной атмосферы.
  • Шансы на ателектаз значительно уменьшены. Никто не хочет, чтобы их легкие разрушились.
  • Перед надеванием нынешних скафандров требуется меньше кислорода для предварительного дыхания. Это гораздо менее проблема для Lunar Homesteaders, поскольку мы собираемся разрабатывать такие вещи, чтобы им не приходилось много выходить на поверхность.И когда они это сделают, они не будут использовать костюмы.
  • Некоторые растения, которым требуется атмосферный азот, можно выращивать в естественной среде обитания.

Недостатки одного SLHA:

  • Нам придется импортировать азот. На Luna просто недостаточно азота для удовлетворения наших потребностей (если мы не найдем новый местный источник). Атмосфера со 100% кислородом слишком опасна для длительного использования.
  • Поселенцам придется потратить дни или недели на постепенную акклиматизацию к своей новой атмосфере, если они приедут с Земли.Переход непосредственно с уровня моря на один SLHA был бы трудным и потенциально фатальным.
  • Внезапная декомпрессия может мгновенно вызвать декомпрессионные травмы Homesteaders из-за насыщенного азота в их крови, выходящей из раствора. Угроза меньше, чем для газовой смеси с одной стандартной атмосферой.
  • У экипажа может быть меньше времени на устранение непредвиденных утечек, потому что парциальное давление кислорода уже ниже одной стандартной атмосферы. Чтобы парциальное давление кислорода упало ниже уровня, необходимого для дыхания, потребуется меньше времени.
  • Оборудование для охлаждения воздуха и Homesteaders могут быть немного сложнее из-за более низкого общего давления. Поклонники, возможно, должны быть больше и крепче. Шум может быть проблемой.
  • Оборудование для циркуляции воздуха может также быть подобрано с учетом более низкого давления. Могут быть проблемы с повышенным потреблением электроэнергии и шумом.
  • Двухгазовая система сложнее, чем одногазовая.
  • Некоторые методы приготовления невозможны. Так что нам просто нужно разработать новые!

Насколько хорошо SLHA выполняет рекомендации НАСА по составу и давлению атмосферы (3)? Это основные ограничения.Можно (и нужно) применять больше для улучшения здоровья, комфорта и эффективности поселенцев.

  • Общее давление должно быть достаточным для предотвращения испарения жидкостей организма (эбулизм), которое происходит примерно при 6,3 кПа. Эта точка называется пределом Армстронга (назван в честь Гарри Джорджа Армстронга). Открытые жидкости (но не кровь внутри тела) начинают закипать при (или ниже) этого давления, потому что точка кипения воды совпадает с температурой тела.Никакое количество кислорода не сможет поддерживать жизнь человека дольше нескольких минут при таком давлении. Эксперименты на животных показали отсутствие смертельных исходов при воздействии менее 90 секунд, но в основном смертельные случаи после 120 секунд воздействия (14, стр. 476).
    • Нет проблем! Наше минимальное общее давление составляет 15,9 кПа. SLHA составляет 70,11 кПа.
  • Для адекватного дыхания должен быть свободный кислород при парциальном давлении, достаточном для нормального дыхания. НАСА требует, чтобы парциальное давление O 2 не опускалось ниже 15.9 кПа. Кроме того, концентрация O2 должна быть в пределах от 19,5% до 23,1% от общего давления при 101,325 кПа (сухой воздух) для нормальной работы. Это называется нормоксическим. Чрезвычайные ситуации расширяют диапазон до 16,5–23,8% на 90 дней и 15,9–23,8% на 28 дней.
    • SLHA, равное 14,72 кПа кислорода, ниже минимального парциального давления кислорода, рекомендованного НАСА. Это было бы проблемой, ЕСЛИ бы мы проводили краткосрочные миссии, которые не давали людям времени на акклиматизацию. К счастью, Lunar Homesteaders МОЖЕТ найти время, чтобы полностью акклиматизироваться и оставаться акклиматизированными в течение очень долгого времени (например, навсегда).
    • Нет проблем! SLHA работает на 21% кислорода.
  • Парциальное давление кислорода не должно быть настолько большим, чтобы вызывать кислородное отравление.
    • Нет проблем! Парциальное давление кислорода на одну стандартную атмосферу составляет 21,28 кПа (сухой воздух). Парциальное давление кислорода 60 кПа может привести к легочной токсичности и необратимому фиброзу легких (10). Парциальное давление кислорода> 160 кПа может вызвать судороги в течение нескольких минут и практически без предупреждения (10). SLHA — 14 лет.72 кПа.
  • НАСА требует, чтобы для миссий продолжительностью более двух недель необходимо было подавать физиологически инертный газ для предотвращения ателектаза (см. Раздел ниже). Конференция НАСА пришла к выводу, что атмосфера со 100% кислородом при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм будет приемлемой для миссий продолжительностью менее 30 дней (21, стр. 3).
    • Нет проблем! SLHA содержит 54,76 кПа азота.
  • Все остальные компоненты атмосферы должны быть физиологически инертными или иметь достаточно низкую концентрацию, чтобы предотвратить токсические эффекты.
    • Нет проблем! Единственными другими компонентами будут диоксид углерода (в следовых количествах) и водяной пар. План состоит в том, чтобы спроектировать среду обитания и оборудование, обеспечивающие минимальное загрязнение.
  • Состав дыхательной атмосферы должен иметь минимальную опасность воспламенения / взрыва.
    • Нет проблем! SLHA имеет немного меньшую опасность воспламенения и взрыва, чем атмосфера на уровне моря. Концентрация кислорода такая же (21%), но парциальное давление кислорода меньше.

Дополнительные ограничения, которые я добавил:

  • Длительное пребывание в атмосфере не должно вызывать раздражения или вреда для домовладельцев.
    • Нет проблем! Я понятия не имею, сколько людей жили, дыша этой газовой смесью на протяжении истории человечества, но держу пари, что их было много. Многие миллионы людей сейчас дышат этим. Миллионы детей были зачаты, рождены и выросли, дыша этой газовой смесью.После акклиматизации здесь так же безопасно, как на уровне моря.
  • Атмосфера должна обеспечивать некоторую защиту от внезапной декомпрессии.
    • Меня меньше беспокоит разница в давлении между средой обитания и оборудованием для выхода в открытый космос. Я предполагаю, что хоумстеры не будут выходить на поверхность очень часто. Когда они это сделают, они будут использовать жесткие костюмы или капсулы, которые работают с тем же давлением, что и среда обитания.
    • Проникающий удар высокой энергии должен вызывать меньшую баротравму, поскольку резкое повышение давления в среде обитания будет меньше, чем при более высоком давлении атмосферы.
    • Воздух будет выходить медленнее из отверстия или трещины в корпусе, чем меньше давление. Добавление азота помогает замедлить атмосферные потери в отличие от атмосферы, содержащей 100% кислорода. Это даст нашим поселенцам больше времени на устранение повреждений или эвакуацию.
  • Атмосфера должна минимизировать потребность в импорте из любого места, кроме Луны.
    • SLHA как бы терпит неудачу в этом вопросе. Хотя SLHA экономит 279,92 г на кубический метр (экономия 31%) по сравнению с уровнем моря, он по-прежнему использует значительное количество азота.Похоже, мы импортируем азот с Земли, если только мы не работаем со 100% кислородной смесью. А это слишком опасно для Лунных усадеб.

Ниже приведены все данные и ресурсы, которые я собрал при исследовании этой темы. Пожалуйста, дайте мне знать, если я что-то пропустил или что-то не так. Я могу использовать всю возможную помощь!

Одна стандартная атмосфера

По определению одна стандартная атмосфера (атм), давление на уровне моря, составляет:

  • 101.325 килопаскалей (кПа) — Международная система единиц (Systeme international d’unites или SI) (также известная как метрическая система) — сила в один ньютон распространяется на площадь одного квадратного метра.
  • 14,70 фунтов на квадратный дюйм (psi) — Американская инженерная система — Очевидно, сила одного фунта, приложенная к площади одного квадратного дюйма.

Есть и другие способы измерения атмосферного давления, но я использую эти два. Почему? Потому что они широко используются и точны. В других методах есть другие переменные, которые необходимо определить (например, температура).Плюс они архаичны. Почему мы до сих пор измеряем давление воздуха на сколько миллиметров ртутного столба поднимается?

Одна стандартная атмосфера содержит следующие компоненты (7, стр. 314)

  • Кислород (O 2 ) — 20,9% с парциальным давлением 3,07 фунта на кв. Дюйм (21,17 кПа)
    • Получаю 21,18 кПа.
    • В других источниках указано 21,37 кПа (3), 25,3 кПа (8), 22,7 кПа (13) и 3,08 фунта на кв. Дюйм (21,30 кПа) (7).
    • При одной стандартной атмосфере концентрация кислорода не должна опускаться ниже 11% (3)
  • Азот (N 2 ) — 78.1% при парциальном давлении 11,48 фунтов на кв. Дюйм (79,15 кПа)
    • получаю 79,13 кПа
    • В других источниках указано 78,60 кПа (3).
  • Водяной пар (H 2 O) — 1,0% с парциальным давлением 0,15 фунта на кв. Дюйм (1,03 кПа)
    • В других источниках указано 1,38 кПа (при 74 ºF и влажности 50%) (3).
  • Двуокись углерода (CO 2 ) — 0,04% с парциальным давлением 0,005 фунта на квадратный дюйм (0,034 кПа) — это настолько небольшое количество, что я не забочусь о нем здесь.

Есть много веских причин для использования дыхательного газа в одной стандартной атмосфере:

  • Самый комфортный микс для экипажа. Без изменения голоса, лучше удерживает тепло, более влажный. Более плотный и богатый азотом воздух также помогает экипажу избавляться от лишнего тепла (для меня это было бы очень важно!). Люди (в целом) полностью адаптированы к одной стандартной атмосферной среде. Это была бы идеальная атмосфера, если бы все другие соображения игнорировались.
  • Нет никаких известных или неизвестных рисков для здоровья при длительном воздействии.
  • Риск возгорания ниже, чем у смесей с повышенным содержанием кислорода. А азот — эффективное средство пожаротушения. (См. Раздел «Аспекты риска возгорания»)
  • Падение давления из-за внезапной декомпрессии происходит медленнее, чем в атмосфере со 100% -ным кислородом (16, стр. 29).
  • Это упрощает проектирование всего оборудования, размещенного внутри прочного корпуса. Можно использовать более стандартные и готовые изделия. Можно использовать меньше металлических предметов (т.е. более легковоспламеняющихся). Чем проще, тем безопаснее.
  • Воздушное охлаждение электронных компонентов может быть более эффективным.Менее плотная атмосфера проводит и удерживает меньше тепла и, следовательно, требует более мощных охлаждающих вентиляторов (больше электричества и больше шума).
  • Воздух в помещении может циркулировать более эффективно, чем при более низком давлении. Более плотный воздух перемещать легче. Предотвращение накопления карманов CO и CO 2 является серьезной проблемой для космических аппаратов, работающих в условиях микрогравитации. Lunar Homesteads, вероятно, не стоит об этом беспокоиться.
  • Еду можно готовить обычным способом. Попробуйте готовить на большой высоте, если не думаете, что это проблема.
  • Шансы на ателектаз (см. Раздел ниже) значительно снижены.
  • Азот будет использоваться для других функций, а также в качестве атмосферного буфера.
    • Некоторым полезным растениям, микробам и бактериям необходим атмосферный азот.
    • Возможное средство пожаротушения.
    • Очистка атмосферы.
    • Хранилище незаполненного газа для обеспечения давления жидкости и газа.
  • Нам не нужно проводить много долгосрочных экспериментов, чтобы определить все воздействия на здоровье, инженерные и логистические аспекты, которые потребуются нестандартной атмосфере.
  • Эксперименты не должны учитывать нестандартное давление или состав (меньше переменных). Это особенно важно, если вы проводите одновременные контрольные эксперименты на земле.
  • Упрощает перемещение экипажа на Землю и обратно. Это не проблема для лунных поселенцев, которые не вернутся на Землю в ближайшее время и могут тратить столько времени, сколько необходимо, на акклиматизацию к среде обитания. Это очень важно для современных космических аппаратов и Международной космической станции.Когда астронавты неделями сидят в барокамере на МКС и при этом адаптируются к более низкому давлению, совершенно неэффективно. Кроме того, запуск и обслуживание камеры обойдется дорого. Акклиматизация экипажа на земле перед запуском потребует значительных инженерных проблем для ракеты-носителя.

Почему бы нам автоматически не использовать единую стандартную атмосферу со всеми этими преимуществами? К сожалению, у него есть несколько существенных недостатков.

  • Одна стандартная атмосфера содержит много азота.Лунным поселенцам может быть трудно найти достаточно местного азота. (см. раздел «Азот» ниже)
  • Более высокое давление означает, что обычные утечки (через уплотнения и фитинги) теряют несколько больше дыхательного газа, чем при более низком давлении. Однако состав атмосферы не оказывает большого влияния (16, стр. 29). Это означает, что нам понадобится больше азота, чтобы заменить вытекший материал! Ой! (См. Раздел «Утечки» ниже)
  • Пневматическая среда должна быть прочнее, чтобы выдерживать более высокое давление.Воздушные шлюзы и пломбы тоже. Атмосфера 14,7 фунтов на квадратный дюйм требует веса стенки кабины в 1,5 раза больше, чем атмосфера 5-7 фунтов на квадратный дюйм (14).
  • Атмосфера из двух газов сложнее атмосферы из одного газа. Приходится хранить несколько газов, требуется больше водопровода, больше оборудования и усилий, чтобы смесь оставалась правильной.
  • Повышенный риск декомпрессионной травмы (DCI) или баротравмы (повреждения, вызванного быстрым расширением газа, попавшего в тело), ​​если оборудование EVA работает при более низком давлении.Более высокое рабочее давление также увеличивает риск внезапной декомпрессии из-за разрыва корпуса. (см. рекомендации по EVA ниже)
  • Кроме того, высокоэнергетический пробой прочного корпуса вызовет больше травм при одной стандартной атмосфере, чем при более низком давлении. Энергия, выделяющаяся при ударе, сжимает более плотный воздух, вызывая больший физический ущерб экипажу.

Космические аппараты, которые работают (работали / будут работать) с одной стандартной атмосферой:

  • Международная космическая станция
  • Союз
  • Шэньчжоу
  • Орион
  • Космический шаттл
    • Парциальное давление кислорода на шаттле было 3.2 фунта на кв. Дюйм (22,06 кПа). Кислородные маски требовались, если давление кислорода упало ниже 2,34 фунтов на квадратный дюйм (16,13 кПа) (7, стр. 322).
  • Мир
  • Салют
  • Восход
  • Тяньгун-2

100% кислород при 24,82 кПа (3,6 фунта на кв. Дюйм)

Это минимально допустимая атмосфера НАСА. Он установлен на этот уровень, потому что он является минимальным для поддержания альвеолярного уровня кислорода (13,73 кПа — минимальное парциальное давление альвеолярного кислорода для обеспечения кислородного эквивалента уровня моря) (3). Ни одна миссия никогда не выполнялась с этой газовой смесью при таком давлении.

Преимущества:

  • Азот (или другой буферный газ) не требуется. Это огромная логистическая победа.
  • Требуется меньше кислорода. Это не имеет значения, поскольку в Луне много кислорода.
  • Некоторые инженерные требования будут проще.
  • Космические скафандры НАСА работают при 29,6 кПа при 100% кислороде (4).
  • Риск возгорания несколько ниже, чем в атмосфере со 100% кислородом 34,47 кПа.

Недостаток:

  • Много-много проблем с этим дыхательным газом.Я просто не могу использовать эту смесь.
  • Все недостатки 100% кислорода при 5 фунтах на квадратный дюйм (34,47 кПа) обсуждаются ниже.
  • НАСА ограничивает воздействие этого давления на экипаж до 12 часов (7, стр. 319).
  • НАСА ограничивает воздействие этого парциального давления кислорода на экипаж 14 днями или меньше (7, стр. 324).
  • Наименьшее количество времени у экипажа для устранения неожиданной утечки или прокола, потому что давление быстро упадет ниже уровня, необходимого для дыхания.

Эта смесь газов для дыхания совершенно неприемлема для наших нужд.

100% кислород при 34,47 кПа (5 фунтов на кв. Дюйм)

НАСА выполнило множество миссий (все миссии «Меркурий», «Близнецы» и «Аполлон») со 100% кислородной атмосферой при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм (34,47 кПа). Основными причинами этого являются: 1) упрощенная конструкция, 2) снижение веса и 3) некоторая защита от внезапной декомпрессии. Комфортность экипажа была, наверное, далекой четвертой, да и миссии все равно были короткими. Отчасти проблема заключалась в том, что технология далеко опережала биомедицинскую науку.Честно говоря, считалось, что астронавты были крутыми парнями и могли просто «засосать», если у них возникли какие-то незначительные трудности. Миссия всегда была на первом месте.

Кроме того, космический шаттл и модуль внекорабельной мобильности Международной космической станции (также известный как скафандр) работают при 29,6 кПа при 100% кислороде (4). Поскольку шаттл и МКС работают в одной стандартной атмосфере, астронавты, готовящиеся к выходу в открытый космос, должны были предварительно вдохнуть чистый кислород в течение как минимум 4 часов, прежде чем покинуть космический корабль (4).Это время можно сократить, выполняя легкие упражнения во время предварительного вдоха и / или манипулируя атмосферой космического корабля за 24 часа до выхода в открытый космос (4). Российский скафандр «Орлан» работает при давлении 39,2 кПа и требует 1 30-минутного предварительного вдоха (16, стр. 1). Дополнительную информацию см. В разделе «Рекомендации по EVA».

Чистая кислородная среда имеет ряд существенных преимуществ:

  • Нет необходимости в азоте (или другом буферном газе). Это огромно. Для НАСА это означало меньшую массу, которую они должны были запускать (в любом случае, это мало что значило).Для лунных поселенцев это означало бы, что они не обременены импортом азота с Земли.
  • Прочный корпус космического корабля можно было бы сделать легче. При давлении от 5 до 7 фунтов на квадратный дюйм масса прочного корпуса не зависит от внутреннего давления, а потеря веса увеличивается почти линейно с внутренним давлением (14). Для нас меньшая масса означает меньшее количество железа, необходимого для создания этого предмета.
  • Система с одним газом менее сложна, чем система с двумя газами. Простота часто означает надежность.Кроме того, более простая система требует меньше массы. Важный момент для космических кораблей, но не для Лунных усадеб.
  • Никаких длительных мероприятий перед выходом в открытый космос. (См. Рекомендации по EVA ниже)
  • Повышенная безопасность от проколов корпуса. Более низкое атмосферное давление означает, что воздух выходит медленнее. Я читал, что на отверстие диаметром 5 дюймов потребуется 2 минуты, чтобы удалить весь воздух из космического корабля «Аполлон». Это огромная дыра. Возможно повышение пожарной опасности из-за проколов корпуса. (См. Раздел «Аспекты риска возгорания» ниже)
  • Пониженная скорость утечки. Утечки все, но меньшее давление означает менее сильные утечки.
  • Внезапная декомпрессия не приведет к мгновенным декомпрессионным травмам экипажа. Трудно залатать прокол корпуса, когда вы сгибаетесь пополам от мучительной боли. (См. Рекомендации по EVA ниже)
  • Может быть проще удалить углекислый газ и другие токсины из одной газовой системы.

К сожалению, недостатки намного перевешивают достоинства:

  • НАСА заявляет, что воздействие на экипаж 5 фунтов на квадратный дюйм должно быть ограничено 14 днями (7, стр. 319).
  • НАСА также заявляет, что воздействие на экипаж парциального давления кислорода от 33,10 кПа до 60,67 кПа должно быть ограничено 48 часами или меньше (7, стр. 324). Очевидно, НАСА превысило этот предел с помощью своих более длительных миссий (таких как Близнецы и Аполлон).
  • Пожар — одно из худших, что может случиться с местом обитания. Повышение парциального давления и концентрации кислорода в среде обитания значительно увеличивает риск возникновения пожара. Сильно повышенный риск возгорания является одним из двух «препятствий» для этого атмосферного давления и состава.НАСА сочло, что риск приемлем только для краткосрочных миссий. Я согласен. Наши поселенцы заслуживают атмосферы, которая не сожжет их заживо. См. Раздел «Пожароопасность» для получения дополнительной информации.
  • Длительное воздействие чистого кислорода под высоким давлением вызывает ряд проблем со здоровьем. Это еще один «нарушитель сделки». Наши поселенцы заслуживают атмосферы, которая не вредит их здоровью. Даже если это означает выяснить, как решить проблему с поставкой азота.
    • Парциальное давление кислорода 60 кПа может привести к легочной токсичности и необратимому фиброзу легких (10).Парциальное давление кислорода> 160 кПа может вызвать судороги в течение нескольких минут и практически без предупреждения (10). Это давление кислорода намного превышает то, что должно использоваться в наших усадьбах.
    • Кроме того, длительное воздействие 100% кислорода при давлении 101,325 кПа привело к слепоте, проблемам с сердцем и потере сознания (7, стр. 319).
    • Высокое парциальное давление кислорода может повысить кровяное давление и снизить частоту сердечных сокращений (10).
    • Парциальное давление кислорода в диапазоне 53,329 — 101,325 кПа вызывает ряд проблем дыхательной и нервной систем (тошнота, недомогание, ателектаз, парестезия и бронхит) (14)
    • Парциальное давление кислорода в 26.6645–53,329 кПа может вызывать респираторные, почечные и гематологические проблемы. Сообщалось о легочном и слуховом ателектазе. Сообщалось также об изменениях ферментов крови и митохондрий печени и почек. (14)
    • Очевидно сетчатка глаза детей очень чувствительна к более высоким концентрациям кислорода. В одной статье 1963 года говорится, что ретролентальная фиброплазия связана с высоким кислородным напряжением и что содержание кислорода в инкубаторах (для недоношенных детей) должно быть ниже 40% (18, стр. 44).Это намного больше, чем мы могли бы использовать, но это все еще вызывает беспокойство. Я не знаю, что такое современная наука, но уверен, что наши домохозяйки не хотят, чтобы у их детей были проблемы с глазами.
    • Очень обезвоживает. Нам нужно будет значительно увеличить влажность, чтобы было комфортнее. Это повлияет на все оборудование в среде обитания.
    • Раздражение горла и легких — Возможно, это не имеет большого значения, но что, если бы это было на всю оставшуюся жизнь?
    • В одной статье было краткое упоминание о необходимости азота для эмбриологического развития (18, стр. 68).Очевидно, у куриных эмбрионов наблюдались проблемы развития при воздействии 100% кислорода при 20,0 кПа, 20% O 2 /80% N 2 при 101,325 кПа и 100% O 2 при 101,325 кПа (18, стр. 68). Атмосфера со 100% кислородом будет исключена, если это верно и для человеческих эмбрионов.
  • Намного более строгий контроль материалов. Нам нужно будет очень внимательно посмотреть на ВСЕ в среде обитания из-за повышенного риска возгорания. Вещи, которые негорючие на уровне моря, теперь представляют собой потенциальную пожарную опасность.Материалы также будут вести себя по-разному в среде со 100% кислородом (выделение газов, срок службы материала и т. Д.). Это потребует огромных затрат времени и усилий и является ОГРОМНОЙ занозой в заднице. (См. Раздел «Аспекты риска возгорания»)
  • У нас нет исследований о том, как современные фармацевтические препараты будут реагировать в организме человека при воздействии 100% -ной кислородной атмосферы. Было бы наивно предполагать, что никаких существенных изменений не произойдет.
  • Падение давления из-за внезапной декомпрессии происходит быстрее, чем в атмосфере азота / кислорода (16, стр. 29).
  • Меньшее давление означает увеличение мощности вентилятора и / или увеличение размеров воздуховодов (16, стр. 29). Теплообменники также работают менее эффективно (15, стр. 30). Более массивное оборудование, требуется больше мощности, больше ремонтов и техобслуживания.
  • Давление ниже 69,0 кПа затрудняет понимание речи (16, стр. 31).
  • Повышенная концентрация кислорода, по-видимому, увеличивает радиационную опасность (18, стр. 63). Кислород всегда ухудшает радиацию из-за повышенной генерации окислительных радикалов (16, стр. 25).Я не претендую на то, чтобы все это понять. Один эксперимент с мышами показал, что вдыхание азота давало мышам в 2,3-2,5 раза большую защиту от радиации (18, стр. 67). По-видимому, также помогают переохлаждение и гипоксия, но мы не будем использовать их в своей среде обитания. В одной статье утверждается, что радиационная опасность, вызванная атмосферой со 100% кислородом при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм, незначительна (20, стр. 115).
  • Повышенное парциальное давление и концентрация кислорода может привести к более быстрому выделению газов или окислению материалов (16, стр. 31).Эти действия могут привести к попаданию токсинов в среду обитания.
  • Чем ниже давление, тем труднее готовить. То же самое и с санитарией, если она включает кипячение воды. Домоседам придется пользоваться скороварками (которые представляют опасность для них самих).
  • Может увеличить скорость окисления (ржавления) наших железных корпусов под давлением. Мне нужно это изучить.

Космические аппараты, которые работают (работали / будут работать) с этой атмосферой (в течение очень ограниченного времени):

  • Меркурий
  • Близнецы
  • Аполлон
  • Скафандры НАСА

Опять же, эта смесь газов для дыхания совершенно неприемлема для Лунных усадеб.Опасности и недостатки затмевают любые логистические преимущества. Я думаю, мы ОБЯЗАТЕЛЬНО ДОЛЖНЫ включить азот в смесь (другие возможные инертные газы также имеют ряд других недостатков).

74% кислорода / 26% азота при 5 фунтах на кв. Дюйм (34,40 кПа) (27)

Это атмосфера, которую НАСА выбрало для своих «длительных» миссий Скайлэб. Я заключил в кавычки длительность, потому что самая долгая миссия Skylab составляла 84 дня. Это была долгая миссия на 1973 год, но не для того, над чем мы работаем.У меня было много проблем с поиском каких-либо данных об атмосфере Скайлэба и ее влиянии на команду. Пожалуйста, дайте мне знать, если я что-то упускаю.

Преимущества:

  • Требуется меньше азота (26% против 78%), чем для одной стандартной атмосферы. Это много, но недостаточно, чтобы игнорировать повышенный риск возгорания.
  • Предварительный вдох для EVA не требовался (16). Для нас это не так много значит, потому что мы собираемся совершать выход в открытый космос по-другому.
  • Большая часть рисков для здоровья и некоторые риски возгорания устранены или уменьшены, в отличие от атмосферы с чистым кислородом.

Недостатки:

  • Однако существует значительная пожарная опасность. Эта газовая смесь имеет более чем в 3 раза концентрацию (74% против 21%) и более высокое парциальное давление (25,46 кПа против 21,18 кПа) кислорода, чем атмосфера на уровне моря. Ознакомьтесь с разделом «Рекомендации по возгоранию» ниже, чтобы узнать, почему это вызывает беспокойство.
  • По-прежнему имеет большинство проблем, связанных с давлением, которые имеют 100% кислород в атмосфере 34,40 кПа.
  • Звук плохо распространяется. Астронавты Скайлэба заявили, что громкий голос можно было услышать только на расстоянии около 5 дюймов.Постоянный крик часто оставлял их хриплыми (8).
  • Механизм кашля становится менее эффективным (8).

Я просто не могу справиться с повышенным риском пожара из-за значительного повышения концентрации кислорода. Не помогает и повышенное парциальное давление кислорода. Такая атмосфера может подойти хорошо обученным и целеустремленным людям, живущим в спартанской среде, состоящей из тщательно проверенных материалов. Добавьте сюда энергичного и любопытного 8-летнего ребенка и посмотрите, какой хаос случится.Нашим поселенцам понадобится более снисходительная атмосфера.

78% азота / 21% кислорода при 70,11 кПа (эквивалент высоты 3000 метров)

Исходя из исторического проживания людей, высота 5000 м над уровнем моря считается самой высокой высотой, к которой люди могут постоянно адаптироваться (5). Это повышение эквивалентно парциальному давлению кислорода 11,34 кПа и общему атмосферному давлению 54,02 кПа. Этого кислорода недостаточно для комфортной жизни даже с адаптацией, поэтому нам придется смотреть на гораздо меньшую высоту.

Вот краткий список населенных пунктов на большой высоте:

  • Шахта Ауканкильча (Чили) — 5950 м = 47,51 кПа всего / 9,98 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Базовый лагерь горы Эверест (север) — 5150 м = 52,95 кПа всего / 11,12 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Ла-Ринконада (Перу) (Самое высокое известное постоянное поселение) — 5100 м = 53,30 кПа всего / 11,19 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Эль-Альто (Самый высокий город в мире — 1+ млн человек) — 4150 м = 60. 44 кПа общее / 12,69 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Ла-Пас (1+ миллион человек) — 3100 м = 69,22 кПа всего / 14,53 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Кито (Эквадор) (3 миллиона человек) (Личное примечание — я пробыл несколько дней в Кито, и все было в порядке) — 2850 м = 71,46 кПа всего / 15,01 кПа парциальное давление кислорода (6)
  • Денвер (США) (700000+ человек) — 1640 м = 83,11 кПа всего / 17,45 кПа парциальное давление кислорода (6)

Управление по охране труда (OSHA) указывает минимум 19.5% кислорода при 19,73 кПа (эквивалент 609,6 м над уровнем моря) для закрытых помещений (7, стр. 323). Некоторые космические биомедицинские источники рекомендуют 19,33–23,73 кПа кислорода (914,4 м над уровнем моря), которым дышит более 80% населения Земли (7, стр. 323). Наконец, справочники в США и России рекомендуют парциальное давление кислорода выше 17,07 кПа (примерно 2000 м) (7, стр. 323). Очевидно, что только Денвер выберет из списка эти параметры.

Минимальное парциальное давление кислорода (без акклиматизации) 16,8 кПа (эквивалентно примерно 2743 м над уровнем моря) установлено требованиями Федерального управления гражданской авиации (FAA) и Министерства обороны (DoD) для снижения вероятности и последствий острой гипоксии, особенно высокой. высотная болезнь (7, стр. 324). Максимальная высота, на которой коммерческие пилоты и пилоты Министерства обороны могут летать без дополнительного кислорода, составляет 3048 м (14,79878 кПа O2) (7, стр. 325). Российские стандарты составляют от 15,99868 кПа до 18,66513 кПа кислорода в течение максимум 3 дней (7, стр. 324).Кроме того, минимальное общее давление для экипажа, не акклиматизировавшегося к работе на большой высоте, составляет 8 фунтов на квадратный дюйм (55,16 кПа) с минимальной концентрацией кислорода 11% (3).

Эти цифры кажутся довольно ограничительными, поскольку многие люди живут на больших высотах. В одной статье говорится, что люди могут акклиматизироваться как минимум до 50,53 кПа (эквивалент высоты 5500 м) (3). Это кажется немного завышенным. Другой заявил, что самая безопасная атмосфера в салоне — это 21% O 2 /78% N 2 на высоте 8000 футов (2438.4 м) возвышение (19, стр.107). Такое сочетание давления и состава представляет наименьший риск возгорания с наименьшим риском проблем со здоровьем согласно статье (19, стр. 107).

Мне нравится 70,11 кПа (эквивалент 3000 м над уровнем моря).

Преимущества:

  • Это между Кито и Ла-Пасом, на возвышении. Миллионы людей постоянно живут под этим давлением или рядом с ним.
  • Парциальное давление кислорода будет 14,72 кПа.
  • Риск пожара будет несколько снижен (по сравнению с уровнем моря) из-за пониженного общего давления.
  • Потребуется меньше азота. Парциальное давление азота при этом общем давлении составляет 54,76 кПа по сравнению с 79,13 кПа на уровне моря. Тем не менее, это намного больше, чем смесь 74% кислорода / 26% азота при 5 фунтах на квадратный дюйм (34,40 кПа). Парциальное давление азота для смеси Skylab составляет 8,94 кПа.
  • Среда обитания не обязательно должна быть такой прочной. Это давление составляет 69,2% от уровня моря.

Недостатки:

  • Потребуются некоторые физиологические адаптации.Поселенцам, прибывающим непосредственно с Земли, придется потратить несколько недель на физическую адаптацию, поскольку давление постепенно снижается.
  • Технологии приготовления необходимо адаптировать к более низкому давлению.
  • Воздушное охлаждение может быть более серьезной проблемой.

Соображения пожарной опасности

Выяснение причин возникновения огня — это наука сама по себе. Я не претендую на то, чтобы понять большую часть этого. К счастью, для этого проекта мне это не нужно.Мне просто нужно количественно оценить риски возгорания для различных рассматриваемых атмосфер.

Проще говоря, давление и концентрация кислорода влияют на:

  • Склонность к самовоспламенению — Повышение давления снижает необходимую температуру (19, стр. 16).
  • Пределы воспламеняемости — Повышение давления расширяет диапазон (19, стр. 16).
  • Скорости реакции (горения) (19, стр. 16).
  • Скорость пламени (19, стр. 16).

Факты о пожарной опасности кислорода:

  • Кислород, что неудивительно, является окислителем.Это часть «огненного треугольника» (трех компонентов, необходимых для начала и поддержания огня):
    • Источник тепла
    • Топливо
    • Окислитель
  • Почти для всех горючих газов и паров пределы воспламеняемости определяются процентным содержанием газа-разбавителя и парциальным давлением кислорода в дыхательной смеси (19, стр. 102). Как правило, увеличение парциального давления кислорода или уменьшение количества буферного газа также увеличивает риск возгорания и диапазон пределов взрыва (19, стр. 102).
    • Инертный газ может подавлять горение, поглощая часть тепла, снижая воспламеняемость топлива, снижая скорость горения и ограничивая подвижность кислорода (инертный газ уменьшает свободный путь молекул кислорода) (15, стр. 10). Все это в совокупности увеличивает время контакта и площадь поверхности, необходимую для воспламенения объекта (15, стр. 10).
  • Концентрация кислорода (одна стандартная атмосфера составляет 20,9% кислорода).
    • Концентрация кислорода (объемный процент) является основным фактором риска возникновения пожара, за которым следует общее давление (16, стр. 11).
    • Согласно одному исследованию НАСА, воспламеняемость больше зависит от концентрации кислорода, чем от эквивалентного парциального давления (12).
    • Увеличение процентного содержания O 2 в атмосфере резко снижает минимальное давление, необходимое для воспламенения (8). Экспериментальные данные показывают, что увеличение концентрации кислорода оказывает более выраженное влияние на воспламенение и горение материалов, чем повышение давления (22, стр. 12). Контроль скорости горения важен, но прежде всего предотвращение возгорания имеет первостепенное значение.
    • Не существует очевидного порога пожарной опасности при увеличении процентного содержания кислорода (19, стр. 108). Увеличение содержания кислорода приводит к смещению всех параметров горения в сторону увеличения риска возгорания (19, стр. 108).
    • Небольшое увеличение процентного содержания кислорода значительно влияет на скорость горения многих тканей и значительно снижает эффективность применяемых на них огнезащитных материалов (19, стр. 102).
    • Увеличение концентрации кислорода (в атмосфере 15 psia с азотом) с 21% до 31% удвоило скорость горения бумаги и увеличило скорость горения хлопковой махровой ткани с 0.От 20 см / сек до 1,67 см / сек (22, стр. 12).
    • Увеличение концентрации кислорода с 21% до 31% также увеличило линейную скорость горения в 2 или 3 раза (22, стр. 15).
    • Повышение концентрации кислорода в атмосфере позволяет легче вызвать возгорание в материалах, которые не воспламенились бы в атмосфере с 21% кислорода (22, стр. 15).
    • Повышенное содержание кислорода затрудняет тушение пожара (16, стр. 31). Введение средства пожаротушения в атмосферу снизит концентрацию кислорода до такой степени, что горение прекратится (16, стр. 31).Это плохая новость, если вы полагаетесь на кислород, чтобы жить. Вода является единственным эффективным средством пожаротушения, когда концентрация кислорода превышает 30% (16, стр. 31).
    • Традиционно огнестойкие материалы активно горят в среде с содержанием кислорода 30-40%, и удушение неэффективно для подавления пламени (17).
    • Твердое или жидкое вещество в атмосфере чистого кислорода будет гореть горячее и быстрее без азота, чтобы помешать реакции (15, стр. 17). Однако газы могут гореть горячее, а могут и не гореть (15, стр. 17).
    • В среде с чистым кислородом нижние пределы воспламеняемости практически такие же, как и в 20% -ной воздушной смеси (15, стр. 22).
    • Продолжительное воздействие 100% кислорода не сделало материалы более воспламеняемыми, но текстура поверхности и геометрия материалов оказали значительное влияние на скорость распространения пламени (23, стр. 3).
  • Парциальное давление кислорода (одна стандартная атмосфера составляет 21,18 кПа).
    • Давление кислорода, превышающее 23% от общего давления, позволяет нормально негорючим материалам легко гореть (7, стр. 349).
    • Повышенное давление увеличило воспламеняемость и скорость горения материалов, которые не были горючими в одной стандартной атмосфере (22, стр. 12).
    • Давление кислорода должно быть ниже 30% от общего давления (7, стр. 349).
  • Гравитация также играет важную роль в пожарной опасности
    • Конвекции не существует в условиях микрогравитации, поэтому диффузия является основным фактором перемешивания (15, стр. 11). Без циркуляции воздуха дымовые газы окружают топливо, препятствуют потоку кислорода и в конечном итоге прекращают горение (15, стр. 18).Отсутствие естественной конвекции в условиях микрогравитации несколько снижает риски (14, стр. 456).
    • Условия частичной гравитации (такие как Луна, Марс и вращающиеся орбитальные усадьбы) могут представлять более серьезный риск пожара, чем Земля или микрогравитация, из-за того, как дымовые газы реагируют в условиях меньшей силы тяжести (16, стр. 12). Неизвестно, как 1/6 лунной гравитации повлияет на характеристики горения. Единственный способ узнать это — пожить там и узнать. А пока мне нужно быть немного более консервативным, когда дело доходит до оценки риска возгорания.Я собираюсь предположить, что огонь на Луне ведет себя так же, как и на Земле, потому что у нас нет других данных.
  • Увеличение вентиляционного потока снизит риск скопления CO 2 или других токсичных газов. К сожалению, он увеличивает распространение пламени при возникновении пожара (16, стр. 31).
  • Пламя гаснет при 16% кислорода при 101,325 кПа, что соответствует парциальному давлению кислорода 20,9% при 77,86 кПа (23, стр. 2).

Хорошо, похоже, процент кислорода в атмосфере является основным фактором риска возникновения пожара. Давление кислорода — вторичный фактор.

Первое, что нужно определить, — насколько безопасна 100% кислородная атмосфера. Если 100% кислородная атмосфера слишком опасна, мы ДОЛЖНЫ использовать разбавляющий (или буферный) газ, даже если это более серьезная логистическая проблема.

Давайте разберемся:

  • 100% кислород при 1 атмосфере (101,325 кПа) (максимальный кислород и максимальное давление)
    • Совершенно не нужно. Риски для здоровья и возгорания огромны, но без пользы.
    • В одной статье говорится, что очень немногие материалы (кроме большинства металлов) не воспламеняются при концентрации кислорода 41% в одной атмосфере (22, стр. 16).
    • Энергия искры, необходимая для воспламенения обычных материалов (например, одежды), снижается более чем в 1000 раз в 100% кислороде при давлении в одну атмосферу (17).
    • Скорость горения увеличивается в 5 раз в 100% кислороде при давлении в одну атмосферу (17).
    • Пожар «Аполлона-1», в результате которого погибли три астронавта (Вирджил «Гас» Гриссом, Эдвард Уайт II и Роджер Чаффи), был прямым результатом повышения давления в капсуле 100% кислородом до 16.7 фунтов на квадратный дюйм (2). Эта среда сделала все в капсуле легковоспламеняющимся. Это была ужасная ошибка, и наши хозяйки не должны ее повторять.
  • 100% кислород при 5 фунтах на кв. Дюйм (34,47 кПа)
    • Гораздо более разумная атмосфера, но все же значительный риск для здоровья и возгорания. Слишком рискованно, чтобы считаться Лунной усадьбой. Это отстой, потому что теперь мы должны включить азот в дыхательную смесь (см. Раздел «Азотные соображения, почему были отклонены другие газы»).
    • Переход от 1 стандартной атмосферы к 100% -ному кислороду при 5 фунтах на квадратный дюйм (34.47 кПа) снижает минимальную энергию зажигания в 10 раз (19, стр. 101). Это означает, что все легче загорится.
    • Бумажные полоски в атмосфере 100% кислорода 5 фунтов на квадратный дюйм имели более низкую точку воспламенения и 6-кратное увеличение скорости горения (23, стр. 2).
    • Эксперименты показали, что фильтровальная бумага в атмосфере 100% кислорода при 0,2 атм (20,27 кПа) будет гореть в два раза быстрее, чем фильтровальная бумага в одной стандартной атмосфере (8). Дополнительные 14,2 кПа просто увеличивают воспламеняемость.
    • Скорость распространения пламени в ткани 3.В 5 раз больше в атмосфере со 100% кислородом при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм, чем в авиалайнере на высоте 8000 футов (2438 м) (14, стр. 456).
    • Воспламеняемость, температура горения и риск детонации также увеличиваются по сравнению с условиями в самолете на высоте 8000 футов (2438 м) (14, стр. 456).
    • 380 мм рт.
    • Перегруженная проводка будет дымить и загораться одновременно в 3.Окружающая среда со 100% кислородом 5 фунтов на кв. Дюйм (24, стр. 15). Опять же, дополнительное давление в 5 фунтов на квадратный дюйм увеличит риск возгорания.
    • Внезапный скачок давления, вызванный проникновением объекта в корпус (до разгерметизации), может на мгновение увеличить риск возгорания (19, стр. 56). Расплавленный и испаренный материал может создать угрозу возгорания (19, стр. 56). Кроме того, окисление испаренного материала может создать опасность вспышки в салоне (19, стр. 56).
  • 74% кислорода / 26% азота при давлении 5 фунтов на квадратный дюйм (34.40 кПа)
    • Мне не удалось найти никакой литературы с подробным описанием пожарной опасности для этой атмосферы.
    • Поскольку содержание кислорода почти в 3 раза выше, чем в смеси с одной стандартной атмосферой, я экстраполирую, что риск возгорания также будет значительно выше. Может, не в 3 раза выше, но все же ближе к 100% -ной кислородной атмосфере, чем уровень моря.
    • Более высокое парциальное давление кислорода также, вероятно, представляет собой повышенный риск возгорания.
  • 78% азота / 21% кислорода при 70.11 кПа (эквивалент 3000 метров над уровнем моря)
    • Меньшая опасность возгорания за счет более низкого давления.
    • Азот с высокой концентрацией действует как антипирен.

Если здоровье и безопасность нашего домохозяйки являются нашей первоочередной заботой (это так), то мы должны использовать атмосферу, которая имеет такой же или меньший риск возгорания, чем одна стандартная атмосфера. Это оставляет нам два варианта. Одна стандартная атмосфера или 78% азота / 21% кислорода при пониженном давлении.Атмосфера со значительно повышенным содержанием кислорода и / или парциальным давлением слишком опасна для домовладельцев.

Влажность и температура

Влажность, количество водяного пара в атмосфере, зависит от температуры. При повышении температуры атмосфера может удерживать все большее количество воды. Для поддержания комфортного баланса в замкнутой среде требуется немного умной инженерии. К счастью, меня здесь не волнует.

Определение идеального и максимального давления водяного пара в нашем дыхательном газе важно, потому что мы хотим, чтобы наши домовладельцы были удобными и безопасными. Низкая влажность вызывает пересыхание слизистых оболочек, глаз и кожи, что может вызвать респираторные инфекции (7, стр. 339). Избыточная влажность может привести к тому, что поверхности будут влажными, что может привести к росту микробов и грибков (7, стр. 339). Это также неудобно, неприглядно и не подходит для оборудования.

Все, что мне нужно знать для этого проекта, — это идеальное и максимальное парциальное давление водяного пара для нашей смеси газов для дыхания.Одна стандартная атмосфера имеет влажность 1,38 кПа (при 74 ºF и 50% влажности) (3). В одной статье говорится, что парциальное давление водяного пара должно оставаться в пределах 5–16 мм рт. Ст. (0,67–2,13 кПа) (14, стр. 482). Другой утверждает, что 1,0 +/- 0,33 кПа водяного пара (при 22 ºC и относительной влажности 40%) (13). В Справочнике НАСА по проектированию интеграции человека указано, что 0,19 фунта на квадратный дюйм (1,31 кПа) является идеальным парциальным давлением для водяного пара (7, стр. 339).

Кроме того, требования НАСА гласят, что средняя относительная влажность должна поддерживаться от 30% -50% (номинальная) до 25% -75% (допустимая) в течение каждого 24-часового периода (при условии, что температура находится в номинальном диапазоне) ( 7, стр.339). Значения вне этого диапазона допустимы только для 1-24 часов (7, стр. 339).

Это давление незначительно по сравнению с общим давлением в среде обитания. Я думаю, что для One Standard Lunar Homestead Atmosphere я буду использовать требования НАСА: 1,31 кПа при относительной влажности 40% и температуре 21 ° C. Мне нужно убедиться, что у домовладельцев есть оборудование, чтобы точно настроить температуру и влажность по своему вкусу.

Двуокись углерода

Определить, сколько углекислого газа нам необходимо в газе для дыхания нашего домохозяйки, относительно легко.У НАСА нет минимального предела для углекислого газа (7, стр. 325). Слишком много углекислого газа может вызвать тошноту, головные боли, учащенное сердцебиение, учащенное дыхание, спутанность сознания, судороги и потерю сознания (7, стр. 325).

Некоторые данные:

  • На уровне моря воздух содержит 0,04% углекислого газа с парциальным давлением 0,005 фунтов на квадратный дюйм (0,034 кПа).
  • 1000-дневный предел НАСА для двуокиси углерода составляет 0,07 фунта на квадратный дюйм (0,48 кПа) (7, стр. 327).
  • Space Shuttle ограничил уровни парциального давления CO 2 до 0.1,03 кПа (7, стр. 326).
  • Программа Constellation CO 2 парциальное давление было ограничено 0,0-0,653 кПа) (7, стр. 329).
  • В одном документе предлагается поддерживать уровни CO 2 ниже 4 мм рт. Ст. (0,53 кПа) с максимальным уровнем 7,6 мм рт. Ст. (1,01 кПа) (14, стр. 483).
  • Стандарты
  • OSHA (Управление по охране труда) указывают, что парциальное давление углекислого газа остается ниже 0,4 кПа (13).
  • Парциальное давление углекислого газа должно поддерживаться ниже.53 кПа, чтобы минимизировать физиологическое напряжение при длительном воздействии (26, стр. 144). Частичное давление в пределах 0,53–3,07 кПа вызовет умеренное физиологическое напряжение (26, стр. 144).
  • Концентрации CO 2 менее 0,5% не показали заметных физиологических эффектов в течение длительного времени. Концентрации CO 2 от 0,5% до 3% вызывают легкое физиологическое напряжение. А концентрации CO 2 более 3% вызывают значительный стресс (14, стр. 483).
  • Двуокись углерода 0.5% концентрации для рассматриваемой атмосферы:
    • Одна стандартная атмосфера при 101,325 кПа = 0,51 кПа
    • 100% кислорода при 5 фунтах на кв. Дюйм (34,47 кПа) = 0,17 кПа
    • 74% кислорода / 26% азота при 34,47 кПа = 0,17 кПа
    • 78% азота / 21% кислорода при 70,11 кПа = 0,35 кПа
      • 0,25% концентрация = 0,18 кПа

Мне кажется, что идеальный SLHA имел бы номинальное парциальное давление углекислого газа 0,18 кПа. Это равно 0.Концентрация 25% для смеси 78% азота / 21% кислорода при 70,11 кПа.

Плотность кислорода и азота

Я хотел знать, сколько азота потребуется для каждой газовой смеси, поскольку большую часть его нам пришлось бы импортировать. Прошло много времени с тех пор, как я изучал химию в школе, так что дайте мне знать, если я что-то напортачил.

  • Молярная масса кислорода is 15,9994 г / моль
  • Молярная масса of азота is 14,0067 g / mol

Поскольку и азот, и кислород двухатомны в воздухе, нам нужно умножить молярную массу на два, чтобы получить:

  • Молярная масса of O 2 = 31.9988 г / моль
  • Молярная масса of N 2 = 28,0134 г / моль

Среднюю молярную массу газовой смеси можно определить по следующей формуле:

M газовая смесь = (мольная доля газа 1) (молярная масса газа 1) + (мольная доля газа N) (молярная масса газа N)

Таким образом, молярная масса сухого воздуха, содержащего 21% кислорода и 78% азота, составляет:

28,5701 г / моль = (0,21) (31,9988 г / моль) + (0,78) (28,0134 г / моль)

Закон идеального газа (общее уравнение газа) является хорошим приближением того, сколько газов ведет себя при различных условиях.

PV = nRT

  • P = Давление (Паскали)
  • V = Объем (кубометры)
  • n = Количество моль газа (моль)
  • R = Постоянная идеального газа = 8,314 (м 3 ) (Па) / (К) (моль)
  • T = Абсолютная температура (Кельвин) — 70 градусов F = 294,261 K

Проверим номера для рассматриваемых газовых смесей:

  • Одна стандартная атмосфера при 101,325 кПа
    • Кислород = 20,9% с парциальным давлением 21.18 кПа
      • (21180 Па) (1 м 3 ) = (н моль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (21180 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 657 моль кислорода
      • (31,9988 г / моль) (8,657 моль) = 277,01 г O 2
    • Азот = 78,1% при парциальном давлении 79,13 кПа
      • (79130 Па) (1 м 3 ) = (нмоль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (79130 Па) (1 м 3 ) / (2446.485954 м 3 Па / моль) = н моль
      • 344 моль азота
      • (28,0134 г / моль) (32,344 моль) = 906,07 г N 2
  • 100% кислород при 34,47 кПа
    • Кислород = 100% с парциальным давлением 34,47 кПа
      • (34470 Па) (1 м 3 ) = (н моль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (34470 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 090 моль кислорода
      • (31.9988 г / моль) (14,090 моль) = 450,86 г O 2
    • Азот = без азота
  • 74% кислорода / 26% азота при 34,40 кПа (смесь Skylab)
    • Кислород = 74% кислорода с парциальным давлением 25,46 кПа
      • (25456 Па) (1 м 3 ) = (н моль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (25456 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 405 моль кислорода
      • (31.9988 г / моль) (10,405 моль) = 332,95 г O 2
    • Азот = 26% азота с парциальным давлением 8,94 кПа
      • (8944 Па) (1 м 3 ) = (нмоль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (8944 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 656 моль кислорода
      • (28,0134 г / моль) (3,656 моль) = 102,42 г N 2
  • 78% азота / 21% кислорода при 70.11 кПа (высотная смесь)
    • Кислород = 21% кислорода с парциальным давлением 14,72 кПа
      • (14723,1 Па) (1 м 3 ) = (нмоль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (14723,1 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 018 моль кислорода
      • (31,9988 г / моль) (6,018 моль) = 332,95 г O 2
    • Азот = 78% азота с парциальным давлением 54,69 кПа
      • (54685.8 Па) (1 м 3 ) = (нмоль) (8,314 м 3 Па / К моль) (294,261 K)
      • (54685,8 Па) (1 м 3 ) / (2446,485954 м 3 Па / моль) = n моль
      • 352 моль азота
      • (28,0134 г / моль) (22,352 моль) = 626,15 г N 2

Хорошо, поэтому некоторые сравнения:

  • Для одной стандартной атмосферы требуется больше всего азота = 906,07 г на кубический метр
  • Высотная смесь экономит = 279.92 г на кубический метр (экономия 31%)
  • Экономия смеси Skylab = 803,65 г на кубический метр (экономия 87%)
  • Очевидно, что 100% кислородная смесь экономит = 906,07 г на кубический метр (100% экономия)

Следующий вопрос: сколько азота мы нашли на Луне? Ответ — не много. В «Лунном справочнике» указано, что концентрация азота в зрелых лунных почвах составляет около 50 мкг / г, а в некоторых почвах превышает 100 мкг / г (29, стр. 444). Это означает, что на каждый грамм лунной почвы мы можем найти 0.00005-0,0001 грамм азота. К сожалению, многие лунные образцы были загрязнены атмосферой Земли, прежде чем их можно было проверить. Итак, мы действительно не знаем, сколько азота доступно.

Давайте поместим это в контекст. Предположим наихудший сценарий: 0,00005 грамма азота на каждый грамм реголита. Чтобы извлечь достаточно азота для заполнения одного кубического метра, нам необходимо переработать:

  • Одна стандартная атмосфера = 906,07 г N 2
    • 18 121 400 г реголита
    • 18,121.4 килограмма реголита
    • 18,1214 метрических тонн реголита
  • 74% кислорода / 26% азота при 34,40 кПа (смесь Skylab) = 42 г N 2
    • 2048400 граммов реголита
    • 2048,4 кг реголита
    • 0484 метрические тонны реголита
  • 78% азота / 21% кислорода при 70,11 кПа (смесь на большой высоте) = 15 г N 2
    • 12 523 000 г реголита
    • 12 523.0 килограмм реголита
    • 12,5230 метрических тонн реголита

Это МНОГО реголита, который нужно обработать только для заполнения одного кубического метра. В одном из документов НАСА минимально приемлемый чистый жилой объем для полета на Марс составляет 25 м 3 на человека (30). Конечно, это для микрогравитации, которая может использовать все доступное пространство, но это удобное число для этой статьи.

Для исследовательских целей на данном этапе игры я решил, что стандартный прочный корпус для обитания Лунной усадьбы будет охватывать 620 м 3 жилого пространства.Посетите страницу формы, толщины и размера прочного корпуса для получения более подробной информации.

  • Одна стандартная атмосфера
    • 11235,268 метрических тонн реголита для заполнения 620 м 3
  • 74% кислорода / 26% азота при 34,40 кПа (смесь Skylab)
    • 1,270,008 метрических тонн реголита для заполнения 620 м 3
  • 78% азота / 21% кислорода при 70.11кПа (высотная смесь)
    • 7764,26 метрических тонн реголита на 620 м 3

Ой. Нам нужно будет обработать большой объем реголита.

Вот мой вывод из всего этого:

  • Добавление ЛЮБОГО пригодного для использования количества азота (или любого другого газа-разбавителя) означает, что нам придется импортировать его с Земли (или из других источников, в конечном итоге). Даже смесь Skylab потребует от нас обработки большого количества реголита.Это если эти числа Аполлона верны. Количество реголита, которое нам понадобится для обработки, резко возрастет, если азота будет меньше, чем мы думаем.
  • Это даже не касается того, сколько азота нам понадобится для сельскохозяйственной и промышленной деятельности. Или для компенсации убытков из-за утечек, действий в открытом космосе и аварий.
  • Согласно Лунному справочнику, концентрации углерода и водорода могут быть такими же низкими, как и азот (29, стр. 444). Если нам нужно импортировать эти два критических элемента, мы должны импортировать и азот.

Поскольку чистая кислородная смесь отсутствует (слишком много опасностей), а смесь Skylab отсутствует (риск пожара все еще слишком велик), остается одна стандартная атмосфера и высокогорная смесь. Одна стандартная атмосферная смесь может быть немного удобнее, но нам придется потратить на доставку азота. Смесь для больших высот так же безопасна и использует на 31% меньше азота. Мне это кажется победителем.

Учет азота

В атмосфере Земли содержится 78 единиц.08% газообразного азота (N 2 ) и 20,95% газообразного кислорода (O 2 ) (1). Да, эти числа немного отличаются от тех, что я использовал в разделе «одна стандартная атмосфера». Кажется, они просто округляют различия. Кроме того, я не собираюсь преувеличивать ни одной десятой процента.

Азот — это физиологически инертный газ (то есть мы не метаболизируем его), который действует как «наполнитель» нашей атмосферы. Азот увеличивает объем и атмосферное давление, уменьшая риск возгорания из-за кислорода в атмосфере.

Все среды обитания нуждаются в каком-то атмосферном буфере, таком как азот, так как дышать чистым кислородом в течение длительного времени — ПЛОХО. Это представляет одну огромную проблему, одну большую проблему и небольшую проблему.

  • Хотя азот не метаболизируется людьми, он становится насыщенным в нашей крови и тканях. Это не проблема, пока давление вокруг тела не уменьшится настолько, чтобы азот вышел из нашей крови и образовал пузырьки газа. Как вы понимаете, пузырьки газа в кровотоке — это нехорошо.Ознакомьтесь с разделом «Рекомендации по EVA» ниже для получения дополнительной информации. Это большая проблема, но у нас есть способы ее смягчить.
  • Слишком много азота влияет на мозг человека. Это называется азотным наркозом. Дайверы, дышащие стандартной воздушной смесью, иногда испытывают трудности на значительной глубине. Азотный наркоз может нарушить рассудительность и заставить дайверов совершать глупые суицидальные поступки, например пытаться передать свой регулятор рыбе. К счастью, это небольшая проблема, так как парциальное давление азота должно быть выше 395.070 кПа для срабатывания наркоза (7, стр. 330). Только серьезная проблема с жизнеобеспечением может вызвать такой высокий уровень азота.
  • Luna испытывает значительный недостаток азота. Это огромная проблема. Позволь мне объяснить.

Проблема в том, что Luna испытывает дефицит азота. Мы сможем извлечь небольшие количества из лунного реголита (отложенного солнечным ветром и с Земли). Этого может быть недостаточно для удовлетворения атмосферных и сельскохозяйственных потребностей наших домовладельцев.У марсианских поселенцев это немного лучше, поскольку марсианская атмосфера содержит 1,9% азота, а на поверхности был обнаружен оксид азота. Но им также будет сложно быть на 100% самодостаточным азотом. А мы еще ничего не знаем об астероидах и кометах. Азот может стать самым большим препятствием для заселения Солнечной системы.

Одно из решений для Lunar Homesteads — импортировать азот с Земли. Это может быть не самый лучший вариант, если на месте будет надежная транспортная система.Поставки аммиака (NH 3 ) с Земли можно разделить на азот и водород. Водород можно объединить с лунным кислородом с образованием воды (всегда полезной и востребованной) и азота. При необходимости Земля могла бы доставить азот по всей Солнечной системе. Или, по крайней мере, до тех пор, пока большой запас не будет размещен в другом месте и извлечен.

Другой вариант — снизить потребность в азоте. Мы никогда не сможем удалить азот, потому что он нужен нам для сельского хозяйства. Азот — один из основных элементов, содержащихся во всем живом веществе на Земле.Наши ткани построены из азота. Так что хоумстедам в любом случае понадобится запас азота. Уловка состоит в том, чтобы свести к минимуму количество необходимого для дыхания газа.

Мы можем снизить потребность в атмосферном азоте с помощью:

  • Снижение общей нагрузки на среду обитания
    • Люди могут переносить значительное снижение атмосферного давления с небольшими побочными эффектами. Но терпеть — это далеко не комфортно. Наши поселенцы — просто исследователи со стальными глазами. Это тоже семьи с детьми.Им понадобится среда лучше, чем терпимая.
  • Повышение парциального давления кислорода (в изобилии на Луне) и уменьшение содержания азота при неизменном общем давлении.
    • Пожар — это одно из худших событий, которое может случиться с местом обитания. Повышение парциального давления кислорода в среде обитания значительно увеличивает риск возгорания. Пожар «Аполлона-1», в результате которого погибли три астронавта (Вирджил «Гас» Гриссом, Эдвард Уайт II и Роджер Чаффи), был прямым результатом нагнетания в капсулу 100% кислорода в возрасте 16 лет.7 фунтов на квадратный дюйм (2). Эта среда сделала все в капсуле легковоспламеняющимся. Это была ужасная ошибка, и наши хозяйки не должны ее повторять. Парциальное давление кислорода на уровне моря составляет 21,228 кПа (101,325 кПа x0,2095 = 21,228 кПа). Это максимум, который должна допускать усадьба.
    • Высокое парциальное давление кислорода может вызвать целый ряд физиологических проблем. Дополнительную информацию можно найти в разделе «Гипоксия, гипероксия и кислородное отравление» ниже.
  • Уменьшите парциальное давление азота, уменьшите общее давление и измените парциальное давление кислорода, чтобы оно оставалось около 21%.
    • Это, вероятно, лучший способ. Это сведет к минимуму необходимое количество азота, обеспечивая при этом достаточное количество для снижения риска возникновения пожара и проблем со здоровьем. Сложность состоит в том, чтобы найти золотую середину.
  • Замена азота другим инертным газом
    • Проблема с этой опцией в том, что на Луне нет НИКАКОГО большого количества инертных газов, о которых мы знаем. Может быть, мы сможем в конечном итоге подключиться к некоторому выделению газа (теоретически, но не наблюдаемому).
    • В одной статье говорится, что существует мало доказательств в пользу предпочтения одного инертного газа перед другими (20, стр. 116).
    • Из-за своей более высокой удельной теплоемкости азот (незначительно) является лучшим буфером для предотвращения пожаров (20, стр. 116).
    • Плюс, у других газов свои проблемы.
      • Водород — НЕ действует как средство пожаротушения!
      • Гелий —
        • Теплопроводность, в 6 раз превышающая теплопроводность азота, означает, что наши домохозяйки очень легко простужаются. Придется повысить температуру среды обитания как минимум на 2–3 ° C (7, стр. 330) или довести ее до 25,6 ° C (7 фунтов на кв. Дюйм) или 29,4 ° C (5 фунтов на кв. Дюйм) (24, стр. 1). ).Количество одежды оказывает значительное влияние на то, насколько холодно кто-то будет чувствовать себя (больше одежды задерживает больше азота рядом с человеком, что обеспечивает более эффективную теплопередачу) (24, стр. 1).
        • Замена азота гелием увеличила скорость распространения пламени (23, стр. 3). Однако для воспламенения требовалось больше энергии (24, стр. 9), а время между источником дыма и возгоранием увеличивалось (24, стр. 15).
        • Гелий-кислородные смеси показывают большую утечку, чем азотно-кислородные смеси (24, стр. 4).Однако гелий-кислородные смеси весили гораздо меньше (24, стр. 4). Это повлияет на логистику.
        • В некоторых экспериментах гелий диффундировал в электронные лампы и повредил оборудование (24, стр. 4). Не смейся. Ранняя лунная электроника вполне могла содержать электронные лампы, потому что их можно было производить на месте. Попробуйте сделать транзисторы или интегральные схемы с помощью простых инструментов.
        • Больно хранить долгое время. Кроме того, это затрудняет голосовое общение из-за его низкой плотности.Это может не быть серьезной проблемой в атмосфере низкого давления.
      • Неон — На самом деле кажется немного лучше азота по большинству параметров (20, стр. 118). Но у нас просто недостаточно данных о том, как длительное воздействие может повлиять на людей.
      • Аргон — Увеличивает шанс декомпрессионной травмы (14, стр. 472).
      • Криптон — увеличивает вероятность декомпрессионной травмы (14, стр. 472).
      • Ксенон — высокие концентрации действуют как хороший анестетик.Повышает вероятность декомпрессионной травмы (14, стр. 472).
    • Создание какой-то странной смеси из нескольких газов с использованием любых газов, которые мы находим, похоже на проблему. Достаточно сложно иметь дело с двумя газами. Я не хочу думать о смеси из четырех или пяти газов.
    • Поскольку нам, вероятно, придется импортировать какой-то буферный газ, мы можем также придерживаться азота. Мы созданы для этого и знаем долгосрочные последствия.

Может, нам повезет и мы найдем много азота на Луне, Марсе и за его пределами.Но пока я планирую, что это будет дефицитный стратегический ресурс, который только Земля может предоставить в значительных количествах. Мы всегда можем что-то изменить в будущем.

Технические соображения

Ниже перечислены некоторые технические проблемы, которые нам необходимо рассмотреть. Я взял их прямо из ресурса 21, страница 17, и добавил несколько своих. Меня меньше волнуют инженерные проблемы, чем вопросы здоровья и риска. Масса и вес представляют собой гораздо меньшую проблему, поскольку мы строим среду обитания на поверхности Луны, а не на космических кораблях.И мы спроектируем вещи так, чтобы их было легко обслуживать и ремонтировать, чтобы надежность перестала быть проблемой.

  • Масса (масса)
    • Конструкция стенки кабины
    • Резервуар для газа
      • Замена утечки
      • Воздушный шлюз велосипедный
      • Один газ и два газа
      • Высокое давление, низкое давление, криогенная, химическая форма (например, вода)
    • Системы кондиционирования воздуха
      • Вентилятор
      • Вентилятор для обработки атмосферы
      • Вентиляторы охлаждения оборудования
      • Система охлаждения (насосы, резервуары, трубки, клапаны, радиатор и теплообменник)
    • Факторы надежности
  • Переходные явления
    • Время декомпрессии после прокола
    • Переходные перегрузки из-за отказа системы жизнеобеспечения
  • Требования к питанию
  • Экономические и операционные факторы
    • Время разработки
    • Использование существующей техники и оборудования
    • Техническое обслуживание и конвертируемость
    • Прием экипажа
    • Накопление загрязняющих веществ
    • Квалификационные испытания
    • Условия для экспериментов в воздухе
    • Сложность конструкции и эксплуатации
    • Стоимость

Рекомендации по EVA

Иногда нашим поселенцам необходимо покинуть среду обитания (это называется внетранспортной деятельностью).Мы сделаем все возможное, чтобы свести это к минимуму, потому что выход на улицу значительно увеличивает риск (радиация, удары, пылесос, пыль и т. Д.) Для наших домовладельцев. Дополнительный риск, о котором нам нужно беспокоиться, связан с разницей давления между средой обитания и сосудом высокого давления из EVA (то есть транспортным средством или костюмом).

Так же, как у аквалангистов или горняков, внезапное снижение атмосферного давления может вызвать у наших домовладельцев декомпрессионную травму (также известную как «повороты»). Декомпрессионные травмы (DCI) вызваны растворенным азотом в крови, выходящим из раствора и созданием небольших пузырьков газа.Эти пузырьки проходят по телу в системе кровообращения и могут застревать, блокируя кровоток. Это вызывает всевозможные проблемы, особенно если это происходит с легкими, сердцем или мозгом.

Проблема заключается в том, существует ли большая разница между давлением среды обитания (где кровь нашего домохозяйки достигла насыщения азотом) и сосудом высокого давления из этиленвинилацетата. Нашему домовладельцу придется часами дышать чистым кислородом, чтобы уменьшить количество азота в крови, если разница слишком велика.В лучшем случае это раздражение. Это опасно для жизни, если что-то случится, и наш хозяйка дома будет вынуждена СЕЙЧАС выйти (эвакуироваться, залатать дыру и т. Д.). Отсутствие времени на предварительный вдох подвергает человека повышенному риску развития DCI.

Есть несколько возможных решений этой ситуации:

  • Спроектировать сосуд из EVA, чтобы выдерживать давление среды обитания
    • Исторические и современные скафандры не могут работать при более высоких давлениях. Они заключают человека в пригодную для дыхания атмосферу.Проблема в том, что они тканевые и гибкие. Эти костюмы становятся жестче по мере увеличения внутреннего давления. Даже при пониженном давлении пользоваться ими сложно и утомительно. При слишком высоком давлении они полностью надуваются, и их будет невозможно использовать. Кроме того, лунная пыль быстро разрушает ткань (костюмы Аполлона показали значительные повреждения уже через несколько дней). Последний гвоздь в гробу надутых скафандров — то, что они сделаны из высокотехнологичных материалов. Это нормально для земных производств, но не для лунного производства.У поселенцев не будет возможности отремонтировать или заменить эти костюмы без пополнения запасов с Земли. Нам понадобится способ получше.
    • Костюмы противодавления в настоящее время находятся в стадии разработки и выглядят многообещающими. Эти костюмы создают давление только на шлем, а не на все тело. Остальная часть тела покрыта слоями компрессионной ткани. Сжатие имитирует атмосферное давление. Костюмы противодавления удобны и гибки. Задача состоит в том, чтобы поддерживать постоянное давление на суставы (подмышки, внутренняя поверхность локтей, задняя часть колен), поскольку движение сустава создает пустоты между тканью и кожей.В настоящее время исследуются несколько интересных решений этой проблемы. Большая проблема та же, что и у стандартных костюмов; высокотехнологичные ткани, которые Homesteads не смогут производить изначально (или когда-либо).
    • Гидрокостюмы с твердым корпусом (также называемые атмосферными водолазными костюмами) изначально создавались для глубоководных погружений. Костюм должен был быть толстым, тяжелым и сконструированным в соответствии со строгими стандартами, чтобы выдерживать ударную глубину. Жесткий лунный костюм будет намного тоньше, легче и менее конструктивным, поскольку он должен содержать только одну стандартную атмосферу (максимум).Опять же, основная проблема связана с суставами. Для достижения полного диапазона движений требуется сложный набор вращающихся металлических шарниров. Лунная пыль тоже не пойдет на эти стыки. Хотя Homestead теоретически может производить остальную часть костюма (это металл, а не ткань), я не уверен в соединениях. Одним из основных преимуществ жесткого костюма является то, что он может работать при том же атмосферном давлении, что и среда обитания. НАСА изучает скафандры (AX-5), но я, вероятно, попробую их позже. Тем не менее, металлические жесткие костюмы, вероятно, будут предпочтительным выбором для домовладельцев.
    • «Капюшон» может быть даже лучшим выбором, чем металлический костюм. Стручок — это нечто среднее между костюмом и транспортным средством. Его основная энергия будет электрической, а не человеческой. Хозяин будет сидеть или стоять в капсуле и использовать механические манипуляторы вместо рук в перчатках. Капсула — это, по сути, очень маленький прочный корпус с источником питания (ограниченный), системой жизнеобеспечения (ограниченный), двигательной установкой (малой дальности) и манипуляторами. Поскольку я уже работаю над прочными корпусами, капсула — это не большой шаг вперед. И нет причин не заставлять его работать при таком же давлении, что и Homestead (без DCI).В целом, капсула может быть лучшим вариантом для домовладельцев.
  • Снизить давление среды обитания до возможностей судна EVA
    • Это наименее желательный вариант. Каждый хоумстейдер будет жить в среде обитания, но не всем будет разрешено проводить выход в открытый космос. И выход в открытый космос не должен происходить так часто. Среда обитания должна быть максимально комфортной для всех. EVA может быть немного неудобным.
    • Это может позволить поселенцам использовать гибкие костюмы без значительного риска получить DCI.
  • Design Homesteading — технологии и методы, позволяющие полностью свести к минимуму потребность домовладельцев в проведении выхода в открытый космос, особенно в случае аварийного выхода в открытый космос.
    • Это один из высших приоритетов. Умный дизайн, несколько дублирующих систем и широкое использование базовой робототехники — вот ключ к тому, чтобы Lunar Homesteading работал. Поверхность Луны опасна. Пусть рискнут роботы. Людям следует поручить надзор (или прямой контроль), устранение неполадок, техническое обслуживание и ремонт.Все сделано ВНУТРИ среды обитания. Опасная хрюкающая работа — для роботов.

Аноксия, гипоксия, гипероксия и кислородное отравление

Людям нужен кислород. Слишком мало, слишком много и слишком много при слишком большом давлении — все это большие проблемы.

  • Аноксия — В дыхательном газе нет кислорода. Нет буэно. Немедленно получите больше кислорода или умрите.
    • 0-0,89 фунтов на квадратный дюйм (6,14 кПа) — почти немедленная потеря сознания, судороги, паралич.Смерть через 90-180 секунд. (7, стр 321)
  • Гипоксия — В дыхательном газе недостаточно кислорода. Ниже определенной точки вы теряете сознание и умираете. Выше этой точки гипоксия вызывает сонливость, головные боли и неспособность выполнять простые задачи (например, решение проблемы) (3). Неправильная смесь или давление дыхательных газов могут вызвать гипоксию. Также возможны утечки давления или накопление углекислого газа. Падение давления кислорода притупляет мозг, затрудняя решение проблемы (или даже признание того, что проблема ЕСТЬ).
    • 2,65 фунта на квадратный дюйм (18,27 кПа) — допустимый предел готовности. Потеря ночного зрения. Самый ранний симптом — расширение зрачков. (7, стр 321)
    • 2,20 фунта на кв. Дюйм (15,17 кПа) — производительность серьезно снижена. Галлюцинации, возбуждение, апатия. (7, стр 321)
    • 1,93 фунта на квадратный дюйм (13,31 кПа) — нарушение физической координации, эмоциональное расстройство, паралич, потеря памяти. (7, стр 321)
    • 1,62 фунтов на квадратный дюйм (11,17 кПа) — Возможное необратимое бессознательное состояние. (7, стр 321)
  • Гипероксия — Слишком много кислорода в дыхательном газе.Повышает риск пожара, воспаления легких, респираторных и сердечных заболеваний, слепоты и потери сознания (3).
    • Высокое парциальное давление кислорода может повысить кровяное давление и снизить частоту сердечных сокращений (10).
    • Парциальное давление кислорода 60 кПа может привести к легочной токсичности и необратимому фиброзу легких (10). Парциальное давление кислорода> 160 кПа может вызвать судороги в течение нескольких минут и практически без предупреждения (10).
    • Парциальное давление кислорода в 53.Диапазон 329 — 101,325 кПа вызывает множество проблем с дыхательной и нервной системами (тошнота, недомогание, ателектаз, парестезия и бронхит) (14)
    • Кроме того, длительное воздействие 100% кислорода при давлении 101,325 кПа привело к слепоте, проблемам с сердцем и потере сознания (7, стр. 319).
    • Парциальное давление кислорода в диапазоне 26,6645–53,329 кПа может вызывать респираторные, почечные и гематологические проблемы. Сообщалось о легочном и слуховом ателектазе. Сообщалось также об изменениях ферментов крови и митохондрий печени и почек.(14)
    • Длительное пребывание в атмосфере с парциальным давлением кислорода 33,46 кПа продемонстрировало изменение хрупкости эритроцитов и проницаемости клеточных стенок (7, стр. 322).
  • Кислородное отравление — Вдыхание кислорода с парциальным давлением выше 41,3299 кПа может вызвать кислородное отравление (3). Такая ситуация может произойти только в том случае, если с аппаратом жизнеобеспечения что-то случится. Это почти вдвое больше парциального давления кислорода на уровне моря.

Абсорбционный / рассасывающий ателектаз

Ателектаз — это полный или частичный коллапс легкого или доли легкого, который развивается, когда альвеолы ​​внутри легкого сдуваются.Существует множество причин ателектаза, но та, которую мы рассматриваем здесь, вызвана 100% кислородной атмосферой. У человека, находящегося в атмосфере со 100% кислородом 3,8 фунта на квадратный дюйм (26,2 кПа), вероятность развития ателектаза в 370 раз выше, чем при вдыхании 1 стандартной атмосферы (20, стр. 115).

Парциальное давление кислорода в альвеолах на уровне моря составляет 13,90 кПа (7, стр. 319) или 14,16 кПа (11). При акклиматизации можно жить (со сниженной функцией) на высоте 3658 м при альвеолярном давлении кислорода 1.05 фунтов на кв. Дюйм (7,24 кПа) (7, стр. 319). При альвеолярном давлении кислорода 1,65 фунта на квадратный дюйм (11,38 кПа) зрение начинает ухудшаться (7, стр. 320), а ниже этой точки, примерно до 1,33 фунта на квадратный дюйм (9,17 кПа), снижается умственная работоспособность (7, стр. 321). Сознание начинает нарушаться около 0,67 фунтов на квадратный дюйм (46,20 кПа) (7, стр. 321).

Формула для расчета парциального давления кислорода в альвеолах для любой атмосферы: (7, стр. 321):

PAO 2 = FiO 2 (Pb-47) — PCO 2 * (FiO 2 + 1 — FiO 2 /0.85)

  • PAO 2 = альвеолярное парциальное давление кислорода
  • FiO 2 = доля кислорода в атмосфере дыхания
  • Pb = барометрическое давление дыхательной смеси
  • 0,85 = предполагаемый коэффициент респираторного обмена
  • PCO 2 = парциальное давление CO 2

Каждое дыхание атмосферы на уровне моря состоит на 78% из азота и на 21% из кислорода. Альвеолы ​​в наших легких поглощают часть кислорода (который растворяется в нашей крови), снижая давление в альвеолах.Но поскольку большая часть газа в альвеолах — это азот, давления достаточно, чтобы альвеолы ​​не разрушились.

Кислород чрезвычайно растворим в крови и быстро диффундирует через альвеолы. Дыхание 100% -ным кислородом в течение длительного периода времени означает отсутствие азота (или другого инертного газа), чтобы альвеолы ​​были надутыми по мере поглощения кислорода. Временные препятствия (например, вызванные инфекцией) могут увеличить частоту ателектазов (20, стр. 115). Кислород может абсорбироваться так быстро, что резкое падение давления в конце каждого вдоха может вызвать ателектаз.

Другая проблема, связанная с окружающей средой с высоким содержанием кислорода, заключается в том, что альвеолы ​​используют поверхностный липидный агент для снижения поверхностного натяжения жидкого слоя в них ниже, чем у плазмы (альвеолы ​​действуют как пузырьки) (18, стр. 52). Увеличение ателектазов могло быть вызвано инактивацией этого альвеолярного сурфактанта (18, стр. 53). Это из старой статьи, поэтому я понятия не имею, проводились ли дальнейшие исследования. По-видимому, также проводились исследования аэрозолей (таких как Alevaire), чтобы облегчить эту проблему во время нагрузок с высокими перегрузками.

Согласно одной статье, в нормальных условиях наши легкие все равно находятся на грани коллапса (18, стр. 54). Давления азота и действия поверхностного агента альвеол обычно достаточно, чтобы предотвратить коллапс (18, стр. 54). Увеличение процентного содержания кислорода, снижение давления и добавление ускоряющих нагрузок увеличивает риск ателектаза на несколько порядков (18, стр. 54).

Незначительные случаи ателектаза могут разрешиться самостоятельно. В более серьезных случаях требуется аппарат искусственной вентиляции легких с положительным давлением или большой шприц (для удаления газа).В тяжелых случаях может потребоваться плевральная дренажная трубка. Ателектаз может сделать человека более предрасположенным к легочным инфекциям (20, pf 115). Мы не хотим заниматься этим, если можем этого избежать.

Рекомендуемые способы предотвращения ателектаза: (18, стр. 54):

  • Глубокое дыхание.
  • Использование положительного давления (например, воздушной маски) для раскрытия альвеол.
  • Вдыхание смеси инертного газа перед маневром на ускорение.
  • Поддержание как можно большего количества инертного газа в атмосфере кабины.

Хотя это и не является ателектазом, иногда в теле члена экипажа может образовываться закрытый газовый карман (в среднем ухе, если не происходит его периодическое выравнивание, или в легких во время сильного стресса) (3). Этот карман может разрушиться, в результате чего кислород и углекислый газ быстро абсорбируются (3). Газ-разбавитель абсорбируется медленнее (или не абсорбируется вовсе), что помогает предотвратить коллапс кармана (3).

Существует много литературы, посвященной ателектазу во время анестезии, но я не нашел много исследований, связанных с космосом.Я буду продолжать поиски, но, пожалуйста, дайте мне знать, если вы что-нибудь найдете.

Утечка

В большинстве конструкций космических аппаратов используется установившаяся скорость утечки 1–5 фунтов (0,45–2,27 кг) в день (в основном через люки и уплотнения ангара) (24, стр. 3). Стандартное расчетное значение утечки через уплотнение в атмосфере N 2 O 2 или O 2 при 7 фунтах на квадратный дюйм составляет 7 × 10 -3 фунтов / день / дюйм, в то время как HeO 2 будет 4,21x7x10 — 3 фунтов / день / дюйм (24, стр. 4).Я не собираюсь делать здесь преобразование SI. Другие источники установившихся утечек для атмосферы 7 фунтов на кв. Дюйм N 2 O 2 включают (24, стр. 5):

  • Люки и уплотнители подвесных дверей — 2,85 × 10 -5 до 7 × 10 -3 фунтов / день / дюйм
  • Электрические провода — 10 -7 фунтов / день / дюйм
  • Уплотнительное кольцо — 10 -9 фунт / день / дюйм
  • Клапаны — 10 -3 фунтов / день / клапан
  • Швы и соединения (сварные) — 10 -4 фунтов / сутки
  • Распространение через кожу автомобиля — 10 -14 фунтов / день

Требования NASA по утечке космических аппаратов (25, стр. 6):

  • «Типовая» утечка для модуля под давлением — 0.От 11 до 0,28 фунта / день
  • Space Shuttle — 0,275 фунта / день
  • Международная космическая станция: Лаборатория США — 0,114 фунта / день
  • ISS: Узел 1 — 0,117 фунта / день
  • ISS: MPLM — 0,15 фунта / сутки
  • Spacelab — 2,98 фунта / день

Сосуды под давлением НАСА спроектированы так, чтобы протекать перед разрывом (LBB), что означает, что сосуд под давлением начнет протекать (чтобы сбросить внутреннее давление) вместо того, чтобы катастрофически выходить из строя при превышении максимального расчетного давления (MDP) (25, стр.1).Максимальное расчетное давление определяется путем применения двух наихудших вероятных отказов, которые могут вызвать повышение давления (так называемый сценарий двух отказов) (25, стр. 1). НАСА требует, чтобы проектный импульсный коэффициент составлял не менее 1,5, а испытания проводились на уровне 2,0 (25, стр. 1).

НАСА использовало на своем космическом корабле как положительные (для предотвращения разрушения корпуса), так и отрицательные (для предотвращения разрушения корпуса) клапаны сброса давления (25, стр. 2). Разрывные диски используются, когда существует низкая вероятность необходимости сброса давления и когда не критично случайное удаление воздуха из сосуда высокого давления (25, стр. 2).Очевидно, мы не будем использовать разрывные диски в наших прочных корпусах.

Тем не менее, можно использовать предохранительные клапаны

. НАСА использует предохранительные клапаны отрицательного давления (NPRV) для повышения давления в зоне экипажа, если внешнее давление превышает внутреннее давление (обычно для наземных операций и входа в атмосферу) (25, стр. 2). Давление открытия и повторной посадки для NPRV обычно составляет 0,1-0,3 фунта на кв. Дюйм (25, стр. 2). Я не вижу необходимости в NPRV в наших средах обитания, поскольку не вижу причин, по которым внешнее давление когда-либо превышает внутреннее (среды обитания живут в жестком вакууме).

Клапаны сброса избыточного давления (PPRV) сбрасывают избыточное внутреннее давление до того, как корпус может взорваться (25, стр. 2). Отказ системы жизнеобеспечения, из-за которого в кабину попадает сжатый газ, или пожар — это два варианта возникновения такой ситуации (25, стр. 2). Другой возможной причиной являются внешние тепловые колебания (25, стр. 5), а также утечки из любых внутренних сосудов под давлением (25, стр. 6). Давление открытия и закрытия для PPRV обычно составляет 14,8-15,5 фунтов на кв. Дюйм (25, стр. 2). Нам определенно понадобится какая-то система сброса давления, но я почти уверен, что мы сможем придумать что-нибудь получше, чем просто выйти в космос.Помните, что масса не будет проблемой для мест обитания, построенных на территории.

Почему это важно сейчас? Потому что, как только я выясню рабочую атмосферу, мне нужно создать буфер защиты от избыточного давления.

Данные

Пределы полного давления для воздействия на экипаж (7, стр. 319)

  • Давление ≤3 фунтов на кв. Дюйм (20,68 кПа) = 0 раз
  • 3,0 (20,68 кПа) <Давление ≤ 4,3 (29,65 кПа) = 12 часов
  • 4,3 (29,65 кПа) <Давление ≤ 7,5 (51.71 кПа) = 14 дней
  • 7,5 (51,71 кПа) <Давление ≤ 15,0 (103,42 кПа) = неопределенно
  • 15,0 (103,42 кПа) <Давление ≤ 17,0 (11,72 кПа) = 12 часов
  • Давление> 17,0 (11,72 кПа) = только на случай непредвиденных обстоятельств

Пределы парциального давления кислорода для воздействия на экипаж (в Па) (7, стр. 324)

  • ppO2> 82,737 = ≤ 6 часов
  • 70327
  • 60674
  • 33095
  • 23 442
  • 18 616
  • 17 237
  • 15 168
  • ppO2 ≤ 15 168 = Не допускается. Дополнительный O2 необходим для выполнения задач без значительных нарушений.

Ресурсы

  1. Информационный бюллетень NASA о Земле (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html)
  2. Журнал космической безопасности — Пожар Аполлона-1 (www.spacesafetymagazine.com/space-disasters/apollo-1-fire/)
  3. Стандарты интеграции человека и системы — естественные и искусственные среды (msis.jsc.nasa.gov/sections/section05.htm#_5.1_ATMOSPHERE)
  4. Блок внекорабельной мобильности космического челнока (EMU) (www.nasa.gov/pdf/188963main_Extravehicular_Mobility_Unit.pdf)
  5. Факты, доказывающие возможность адаптации к жизни на большой высоте (8848 м) (зунив.net / pub / Everest2.pdf)
  6. MIDE Калькулятор высоты и атмосферного давления (www.mide.com/pages/air-pressure-at-altitude-calculator)
  7. Справочник по проектированию интеграции человека (ston.jsc.nasa.gov/collections/TRS/_techrep/SP-2010-3407.pdf)
  8. Влияние параметров окружающей среды на структурный вес и стоимость среды обитания (www.nss.org/settlement/nasa/spaceres/II-1.html)
  9. Легочный ателектаз у субъектов, дышащих кислородом на уровне моря или на симулированной высоте (www.physiology.org/doi/pdf/10.1152 / jappl.1966.21.3.828)
  10. Дайвинг и кислород (www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1114047/)
  11. vCalc (www.vcalc.com/wiki/vCalc/Alveolar+gas+equation)
  12. Парциальное давление кислорода и концентрация кислорода Воспламеняемость: могут ли они быть взаимосвязаны? (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20160001047.pdf)
  13. Космические поселения: исследование проекта — Глава 3 — Потребности человека в космосе (space.alglobus.net/75SummerStudy/Chapt3.html)
  14. Выбор атмосферы космического салона (http: // adsabs.harvard.edu/full/1967SSRv….6..452R) (думаю, то же, что и 21. Исправить это было бы огромной головной болью, так что я сделаю это позже).
  15. Воспламеняющиеся и токсичные материалы в кислородной атмосфере пилотируемых космических аппаратов (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19680015284.pdf)
  16. Ограничение пространства для проектирования атмосферы космического корабля для будущих исследовательских миссий (spaceflightsystems.grc.nasa.gov/repository/NRA/cr-2005-213689.pdf)
  17. Обзор проблем пожарной безопасности в закрытых кислородсодержащих средах (www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/675817.pdf)
  18. Выбор атмосферы космической кабины — Часть 1: Токсичность кислорода (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19630010874.pdf)
  19. Выбор атмосферы космической кабины — Часть 2: Пожароопасность и опасность взрыва (ia800302.us.archive.org/11/items/SP48SpaceCabinAtmospheresPartIIFireAndBlastHazards/SP-48%20Space-Cabin%20Atmospheres%20Part%20II%20-%20Fire 20Blast% 20Hazards.pdf) — много технической информации о воспламеняемости материалов и конкретных опасностях удара.Отлично подходит, когда мне нужно беспокоиться о тушении пожара или угрозе удара.
  20. Выбор атмосферы космической кабины — Часть 3: Физиологические факторы инертных газов (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19670013549.pdf) — Большой раздел о травмах при декомпрессии и профилактике с помощью различных буферных газов (старый, но все еще полезный).
  21. Выбор атмосферы космической кабины — Часть 4: Инженерные компромиссы между системами с одним газом и системами с двумя газами (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov / 19670020669.pdf)
  22. Воспламеняемость в необычных атмосферах — Часть 1 — Предварительные исследования материалов в гипербарических атмосферах, содержащих кислород, азот и / или гелий (pdfs.semanticscholar.org/376a/aa1f861c001d10255f8aeed2e59ad79d2ab8.pdf)
  23. Обзор проблем пожарной безопасности в закрытых кислородсодержащих средах (www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/675817.pdf)
  24. Технические критерии выбора атмосферы в кабине космического корабля (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19670027991.pdf)
  25. Руководство по разработке требований к конструкции космических аппаратов; Тепловая и экологическая перспектива (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20040085957.pdf)
  26. Концептуальный проект лунной колонии (ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19730002509.pdf)
  27. Skylab: Путеводитель: Глава 3 (history.nasa.gov/EP-107/ch4.htm)
  28. Engineering Toolbox (www.engineeringtoolbox.com/molecular-mass-air-d_679.html)
  29. Лунный справочник (www.lpi.usra.edu/publications/books/lunar_sourcebook)
  30. Минимальный допустимый чистый жилой объем для длительных исследовательских миссий (ston.jsc.nasa.gov/collections/trs/_techrep/TM-2015-218564.pdf)

Как избежать мигрени, вызванной изменениями барометрического давления — SecureVideo

Итак … какое отношение имеют мигрени, вызванные атмосферным давлением, к SecureVideo.com? Много, если вы врач, страдающий от этой неприятной мигрени, вызванной давлением, и подумываете о переезде из своей клиентской базы.

Недавно я разговаривал с одним из наших новых врачей, и мы обнаружили, что мы оба страдаем от мигрени, вызванной давлением. Когда она сказала мне, что живет в Реддинге, штат Калифорния, где колебания атмосферного давления наиболее высоки в Калифорнии, я спросил, думала ли она когда-нибудь о переезде в Сан-Диего, один из крупнейших городов США с наиболее стабильным атмосферным давлением. Она сказала мне, что действительно имела, и что она надеется, что SecureVideo.com поможет ей перейти из офиса в Реддинге в виртуальную практику в Сан-Диего, где она сможет встретиться с кем угодно в штате Калифорния, и избавиться от мигрени, которая стоила ей стольких дней работы и стольких страданий.

Поскольку я здесь, чтобы помочь, а в Интернете очень много необработанной и обработанной информации о атмосферном давлении, я решил составить для нее (и меня) несколько списков лучших и худших городов и штатов США по изменению атмосферного давления. Для меня изменение атмосферного давления на 0,20 (например, с 30,05 до 29,85 или наоборот) почти каждый раз вызывает мигрень, поэтому я использовал 0,20 в качестве порога и посмотрел на количество дней в году в городе. сообщил о колебании давления на 0,20 в любом направлении.Я использовал данные с мая 2007 г. по май 2013 г., полученные с 966 метеостанций USGS. Следующие ниже списки суммируют результаты с некоторыми интересными (и, надеюсь, действенными) способами.

Обновление: в марте 2016 года я опубликовал Глобальный список барометрических отклонений

(Отказ от ответственности: я не врач и никоим образом не квалифицирован, чтобы давать медицинские советы. Я организовал эти данные для себя и для тех, кто считает, что проживание в месте с меньшими барометрическими колебаниями может быть полезно для их здоровья, чтобы они могли видеть, в каких городах есть более или менее барометрические изменения.)

20 крупных городов США с наименьшим барометрическим изменением (дней в году с> = 0,20 изменений)

  1. Гонолулу (0 дней в году)
  2. Майами (4)
  3. Сан-Диего (7)
  4. Лос-Анджелес (7)
  5. Тампа (11)
  6. Сан-Хосе (14)
  7. Сакраменто (18)
  8. Сан-Франциско (18)
  9. Феникс (22)
  10. Новый Орлеан (22)
  11. Джексонвилл (22)
  12. Бирмингем (29)
  13. Хьюстон (29)
  14. Атланта (37)
  15. Сан-Антонио (37)
  16. Остин (37)
  17. Мемфис (44)
  18. Лас-Вегас (47)
  19. Литл-Рок (48)
  20. Чарльстон, Южная Каролина (48)

Неудивительно, что меньше всего дней колебаний наблюдается в южных городах.«Худший» список усиливает эту тему:

20 городов США с наибольшим барометрическим изменением (дней в году с> = 0,20 изменений)

  1. Огаста, Мэн (128 дней в году)
  2. Рапид-Сити, SD (127)
  3. Монтпилиер, VT (117)
  4. Бисмарк, Северная Дакота (117)
  5. Бостон (116)
  6. Колорадо-Спрингс (113)
  7. Денвер (110)
  8. Биллингс, MT (109)
  9. Провиденс (109)
  10. Нью-Хейвен (105)
  11. Шайенн (105)
  12. Анкоридж (104)
  13. Детройт (102)
  14. Нью-Йорк (99)
  15. Баффало (98)
  16. Миннеаполис (98)
  17. Омаха (94)
  18. Чикаго (91)
  19. Филадельфия (90)
  20. Балтимор (87)

В У.S. State Level, вот полный список:

  1. Гавайи (0)
  2. Флорида (14)
  3. Калифорния (18)
  4. Алабама (27)
  5. Луизиана (27)
  6. Миссисипи (28)
  7. Аризона (33)
  8. Грузия (35)
  9. Техас (45)
  10. Теннесси (46)
  11. Арканзас (46)
  12. Южная Каролина (48)
  13. Невада (59)
  14. Северная Каролина (60)
  15. Орегон (61)
  16. Кентукки (62)
  17. Миссури (68)
  18. Нью-Мексико (72)
  19. Западная Вирджиния (73)
  20. Оклахома (73)
  21. Вашингтон (75)
  22. Иллинойс (78)
  23. Вирджиния (78)
  24. Индиана (80)
  25. Юта (81)
  26. Огайо (82)
  27. Канзас (84)
  28. Мэриленд (85)
  29. Айова (85)
  30. Айдахо (86)
  31. Пенсильвания (89)
  32. Делавэр (89)
  33. Висконсин (92)
  34. Нью-Джерси (96)
  35. Колорадо (99)
  36. Мичиган (101)
  37. Миннесота (101)
  38. Аляска (101)
  39. Нью-Йорк (102)
  40. Небраска (103)
  41. Коннектикут (106)
  42. Род-Айленд (107)
  43. Вайоминг (107)
  44. Монтана (108)
  45. Массачусетс (111)
  46. Вермонт (112)
  47. Нью-Гэмпшир (115)
  48. Южная Дакота (119)
  49. Северная Дакота (120)
  50. Мэн (127)

Если заглянуть глубже, мы также увидим существенные различия по сезонам.С 1 апреля по 30 сентября в среднем по стране всего 18 дней с высокими барометрическими колебаниями. С 1 октября по 31 марта в среднем 50 дней. Эти данные согласуются с гораздо более высокой заболеваемостью мигренью в зимние месяцы.

Вот пример распределения изменения атмосферного давления для Остина, штат Техас. Количество дней — это среднее количество дней с высокой изменчивостью для этого месяца в году, с 2007 по 2013 год.

  • Январь — 6 дней
  • Февраль — 8 дней
  • март — 5 дней
  • апрель — 4 дня
  • май — 2 дня
  • июнь, июль, август, сентябрь — 0 дней
  • Октябрь — 3 дня
  • Ноябрь — 4 дня
  • Декабрь — 7 дней

Итак, если вы живете в Остине, более половины дней с тяжелой мигренью приходится на три зимних месяца с декабря по февраль.Эта сезонная закономерность, кажется, верна для большей части страны.

Последний фрагмент данных, на которые я смотрел, должен был ответить на вопрос: «Становится ли хуже?» Ответ — нет, данные появляются из года в год в пределах нормальной случайной вариации.

Итак, что все это значит? В основном, если вы страдаете от мигрени, вызванной давлением, и живете в северных штатах США, вы можете значительно улучшить качество своей жизни, переехав в один из южных штатов, особенно в южную Калифорнию или Флориду.И что, если вы делаете это и работаете в области медицины, SecureVideo.com всегда готов помочь вам в удаленной работе в соответствии с требованиями HIPAA.

ОБНОВЛЕНИЕ:

Полный список городов здесь: http://blog.securevideo.com/2014/09/23/u-s-cities-barometric-pressure-variation-full-list/

типов систем давления и полупостоянных максимумов и минимумов — Метеорология101

Под общей циркуляцией атмосферы понимается поток воздуха по всему земному шару.Он служит для транспортировки теплого воздуха из тропических регионов к полюсу и поддерживает обратный поток холодного воздуха от полюсов к экватору.

Температурный градиент север / юг является причиной струйных течений в верхних слоях атмосферы, а пассаты являются причиной тропических штормов в летние месяцы. Наклон земли вызывает смену сезонов с дифференцированным нагревом на разных широтах.

На рисунке ниже между полярной ячейкой и ячейками Феррелла образуется струя полярного фронта, а между ячейками Хэдли и Феррелла — субтропическая струя.

Этот наклон и дифференциальный нагрев заставляют эти полупостоянные системы мигрировать на север и юг по мере смены сезонов, а затем помогают управлять тропическими штормами и ураганами вместе с береговым потоком, питающим влагу из океанов на сушу и обеспечивающей влагу, необходимую для конвективных суровых климатических условий. Погода.

Системы высокого давления являются определяющим фактором и определяют направление, в котором следуют системы низкого давления. Высокое давление может подтолкнуть или остановить низкое давление, но низкое давление никогда не может управлять или блокировать высокое давление, даже если это ураган.

Теория трех клеток

Полупостоянные максимумы и минимумы — это системы постоянного давления, которые возникают в определенной области в течение года. Ветры вокруг этих систем давления могут влиять на погодные условия и влиять на то, как штормы и погодные системы проникают в Соединенные Штаты. Пути зимних погодных систем и ураганов в значительной степени контролируются местоположением этих максимумов и минимумов.

Поперечный дифференциальный нагрев влияет на формирование полупостоянных систем давления и, как следствие, на направление преобладающих ветров.Экваториальный желоб обычно находится между 10 ° и 10 ° ю. Это регион, где северо-восточные пассаты северного полушария сходятся с юго-восточными пассатами южного полушария. Это теплая и влажная область поднимающегося воздуха, которая создает пояс низкого давления на поверхности по всему земному шару.

Трехэлементные системы

Полупостоянные максимумы и минимумы в Западном полушарии — это атмосферные циркуляции, расположенные недалеко от Северной Америки, которые определяют погодные и климатические условия в Соединенных Штатах.Подобные полупостоянные модели давления расположены в Восточном полушарии. Размещение этих систем давления зависит от расположения континентов, горных хребтов и атмосферных струйных течений.

Они влияют на погоду в течение всего года, направляя районы с низким давлением (циклоны на средних широтах) в сторону Соединенных Штатов. Эти системы также определяют погодные условия в США, такие как ураганы, ЭНСО (Эль-Ниньо-Южное колебание) и зимнюю погоду. Они считаются полупостоянными, потому что расположены в основном в постоянном географическом регионе, хотя они могут менять свое центральное положение, расти или сокращаться со временем, становиться сильнее или слабее.

Субтропические максимумы развиваются у поверхности около 30 ° с. прямой результат схождения на высоте ячеек Хэдли и Феррелла. Эти максимумы отделяют восточные торги от преобладающих западных. Они содержат теплые, сухие участки опускающегося воздуха (проседания). Обычно они встречаются более чем в
регионах открытого океана. В регионах, связанных с максимальным опусканием (юго-восточный квадрант), большие пустыни могут быть найдены над континентами. Два полупостоянных максимума, расположенных в северном полушарии, — это Северо-Тихоокеанский Высокий и Северо-Атлантический (Бермудско-Азорские) Высокий.

Субполярные минимумы возникают там, где сходятся полярные восточные и преобладающие западные ветры (около 60 ° с. / Ю.). Они обитают в холодных и бурных регионах с поднимающимся воздухом. В северном полушарии преобладают два полупостоянных минимума: (1) Алеутский минимум и (2) Исландский минимум.

Полярные максимумы развиваются около полюсов. Это результат схождения наверху и, как следствие, проседания полярных ячеек. Это холодные, сухие и очень устойчивые области тонущего воздуха.Арктический максимум в северном полушарии силен зимой и ослабевает летом.

Полупостоянные системы высокого давления

Системы полупостоянного давления влияют на климатические элементы. Они определяют преобладающие ветры, которые, в свою очередь, влияют на доступность влаги, теплопередачу и стабильность. Обычно западная сторона субтропических максимумов нестабильна; восточная сторона стабильна.

Bermuda High

Bermuda High — это система высокого давления, расположенная в Атлантическом океане.Летом эта система давления находится недалеко от восточного побережья США. Циркуляция по часовой стрелке вокруг этой области высокого давления помогает направить путь ураганов и помогает определить, где они обрушатся на сушу. Летние месяцы на восточном побережье относительно влажные и влажные, потому что ветер вокруг возвышенностей дует влажный воздух с океана вглубь суши. Это объясняет повышенную влажность в летние месяцы на юго-востоке США. В зимние месяцы Бермудские острова расположены восточнее США, ближе к середине Атлантического океана.Это позволяет струи струи опускаться дальше на юг, на юго-восток США, иногда принося с собой зимнюю погоду.

Ветры вокруг Бермудского хребта также толкают поверхностные воды Атлантического океана. Это приводит к сильному течению Гольфстрима у восточного побережья, которое течет на север вдоль западного края Атлантического океана, принося теплую воду из тропиков в более северные районы. Центр Bermuda High — область слабых ветров и слабых течений.Парусные корабли, застрявшие в центре Бермудских островов, часто застревали, не имея выхода, и моряки были вынуждены выбрасывать припасы, а иногда и животных за борт, чтобы облегчить корабль достаточно, чтобы выйти из спокойной зоны высокого давления.

На рисунке B показано расположение Бермудского максимума во время сезона ураганов 2005 года. Это привело к тому, что следы урагана попали в Мексиканский залив, где обрушились разрушительные ураганы, такие как ураган Катрина и ураган Рита.

Pacific High

Пасифик Хай расположен у западного побережья Северной Америки. В летние месяцы он расположен недалеко от побережья Калифорнии. Ветер дует по часовой стрелке вокруг системы высокого давления. Благодаря этому западное побережье США остается относительно сухим летом, особенно по сравнению с местами вдоль восточного побережья. Зимой Тихоокеанский Хай сдвигается дальше на юг. Это позволяет ветрам дуть на западное побережье, а полярный фронт перемещается на юг, в Соединенные Штаты.Это приносит штормы на побережье, делая зимний сезон влажным на западе Соединенных Штатов.

Полупостоянные системы низкого давления

Исландский низкий

Исландский низменность — это полупостоянная субполярная область низкого давления в северной части Атлантического океана, расположенная между Исландией и южной Гренландией, а зимой простирающаяся до Баренцева моря. Из-за большой площади и диапазона центрального давления это область, где миграционные спады имеют тенденцию замедляться и углубляться.Зимой он сильнее всего.

Зимой Исландский минимум является доминирующим погодным явлением в этом районе. Летом он менее слабый и может разделиться на две системы низкого давления. Один над проливом Дэвиса между Гренландией и островом Баффинова, а другой к западу от Исландии. Затем Азорские острова или Бермудские острова становятся доминирующим погодным элементом в Северной Атлантике.

Алеутская низкая

Алеутский низменность — это система низкого давления, расположенная над заливом Аляска и Беринговым морем.Зимой это зона активности, где случаются многочисленные штормы. Атмосферные возмущения часто перемещаются в эту область и усиливаются под влиянием Алеутского минимума. Циркуляция вокруг Алеутского минимума затем направляет штормы на северо-запад Тихого океана, особенно в зимние месяцы. Летом Алеутский минимум слабый и часто практически отсутствует.

Сибирский высокий

Siberian High — это массивная коллекция холодного и сухого воздуха, которая накапливается в северо-восточной части Евразии с сентября по апрель.Обычно он сосредоточен на Байкале. Наибольших размеров и прочности он достигает зимой, когда температура воздуха в центре зоны высокого давления часто ниже -40 ° C (-40 ° F). Атмосферное давление часто превышает 1040 миллибар (31 дюйм рт. Ст.). Сибирский антициклон — это самый сильный полупостоянный максимум в северном полушарии, ответственный за как самую низкую температуру в Северном полушарии — -67,8 ° C (-90,0 ° F) 15 января 1885 года в Верхоянске, так и самое высокое давление. 1083.8 миллибар (108,38 кПа, 32,01 дюйма ртутного столба) в Агате, Красноярский край, 31 декабря 1968 года, когда-либо зарегистрировано. Сибирский антициклон является причиной как суровых зимних холода, так и сопутствующих сухих условий с небольшим количеством снега и небольшим количеством ледников или их отсутствием в Сибири, Монголии и Китае. Летом Сибирский максимум сменяется азиатским минимумом (летняя система низкого давления над Юго-Западной Азией).

Баротропные системы низкого давления

Баротропная система давления — это система, в которой отсутствует тепловая адвекция.Изобары и изотермы параллельны друг другу. Эти системы не управляются и не подвержены влиянию струи.

Атмосферное давление измеряется на любой метеостанции по всему миру, и между метеостанциями все еще могут быть значительные колебания давления. По мере того, как воздух циркулирует вверх и вниз в атмосфере, масса увеличивается и удаляется из столба воздуха, и каждый час во время погодных наблюдений давление регистрируется в сводке METAR и отправляется в национальную базу данных.Затем это давление собирается и экстраполируется для создания диаграмм приземного давления, которые используются метеорологами для определения интенсивности и ухудшения погодных условий.

Стандартное атмосферное давление на уровне моря составляет 29,92 дюйма (1013,23 мбар). Когда воздух циркулирует и масса удаляется из столба воздуха над метеостанцией, давление падает, поскольку над этой станцией меньше массы. Атмосфера постоянно циркулирует, пытаясь уравновесить температурный контраст между воздушными массами.

Если столб воздуха нагревается из-за конденсации, нагревание заставляет столб воздуха подниматься и расширяться, вызывая падение поверхностного давления. Наименее интенсивный пример — это когда над сушей формируется термальный низменность, а затем морской бриз течет к острову или полуострову. Лучшим примером может быть термальный минимум, образовавшийся над центральной Флоридой, и морские бризы с каждого побережья сталкиваются в центральной Флориде, вызывая конвергенцию низких уровней на поверхности и быстрое падение поверхностного давления.Обычно это является причиной появления гроз в центре Флорида летом. Наиболее ярким примером этого является сильное низкое давление, которое образуется в глазу урагана, когда скрытое тепловыделение от образования дождя вызывает нагревание столба воздуха внутри глаза. Это самые сильные ураганы и тайфуны, благодаря этому более 10% атмосферы могут быть удалены из эпицентра бури.

Самое низкое давление, когда-либо зарегистрированное, было в районе оконечности тайфуна в тропической западной части Тихого океана 12 октября 1979 г .: 25.69 дюймов ртутного столба (870 миллибар). это рекордное давление было примерно на 14% ниже нормального. Это 14% массы атмосферы было удалено из столба воздуха.

Низкий теплый сердечник

Существует два типа систем низкого давления с теплой активной зоной.

Ураган (тропический шторм или тропическая депрессия)

  • Скрытая теплота конденсации
  • Интенсивная циклоническая циркуляция на низком уровне, которая ослабевает с высотой
  • Антициклонический отток выше 200 мбар
  • Циклострофический баланс

Низкая температура

  • Слабая циклоническая циркуляция на низком уровне
  • Рассеянная область
  • Видна до 850 мб, а иногда и до 700 мб
  • Гребня верхнего уровня
  • Отдельные осадки.(В основном послеобеденные грозы)
  • Формы в континентальной тропической (cT) воздушной массе
  • ЮЗ США и Мексика летом

Другие характеристики

  • Наибольшая толщина находится в центре
  • Система почти вертикальна с небольшим наклоном
  • Уменьшается интенсивность с высотой
  • Циклоническая циркуляция ослабевает с высотой и может быть антициклонической
  • Никаких фронтов, связанных с этими минимумами
  • Экваториально к полярности передняя струя (PFJ)
  • Повышение температуры к центру
  • Минимумы теплого ядра часто стационарны
  • Теплые минимумы неглубокие, имеют небольшую высоту и отсутствие наклона
  • Интенсивные теплые минимумы на юго-западе, а ураганы имеют наклон к теплому воздуху вверху

Низкий холодный сердечник

Существует два типа минимума холодного сердечника.

Низкая отсечка

  • К югу от главной струи полярного фронта (PFJ)
  • Обычен над юго-западом США и прибрежными районами
  • Обычен весной

Затухающая волна

  • К северу от главной струи полярного фронта (PFJ)
  • Обычно встречается у Исландии и Алеутских островов, иногда у Гудзонова залива
  • Глубоко в центре и медленно движется
  • Наиболее часто встречается зимой

Другие характеристики

  • В центре тропосферы содержится самый холодный воздух.
  • При движении наружу от его центра в любом направлении на любом уровне тропосферы встречается более теплый воздух.
  • Интенсивность увеличивается с ростом.
  • В таких циклонах встречаются холодные бассейны с относительными минимальными значениями толщины.
  • Распределение температуры почти симметрично.
  • Ось минимума почти вертикальна.
  • Когда они наклоняются, они склоняются к самым холодным температурам наверху.
  • Циклоническая циркуляция наверху обычно отражается на поверхности в аномально низкой средней дневной температуре.

Баротропные системы высокого давления

Поскольку приземное давление воздуха является мерой веса атмосферы над любым местом, область высокого давления представляет собой область, где над ней находится несколько большая масса атмосферы.

Области высокого давления обычно вызываются охлаждением воздушных масс либо снизу (например, субтропические зоны высокого давления, которые образуются над относительно прохладными водами океана к западу от Калифорнии, Африки и Южной Америки), либо сверху как инфракрасное излучение. охлаждение зимних воздушных масс над сушей превышает нагревание этих воздушных масс солнечным светом.

По мере охлаждения воздушная масса сжимается, позволяя воздуху из окружающей среды заполнять ее, таким образом увеличивая общую массу атмосферы над поверхностью, что затем приводит к более высокому барометрическому давлению на поверхности.

Разница давлений между областью высокого давления и окружающей средой с более низким давлением вызывает развитие ветра, переходящего от более высокого давления к более низкому. Но из-за вращения Земли ветер отклоняется вправо (в северном полушарии), что затем заставляет ветер течь по часовой стрелке вокруг зоны высокого давления.

Самое высокое давление приземного воздуха наблюдается зимой над Азией и Северной Америкой, где формируются холодные воздушные массы, которые становятся очень глубокими. Мировой рекорд самого высокого приземного давления (с поправкой на уровень моря) был установлен на озере Агата в Сибири 31 декабря 1968 года — 32,01 дюйма (1083,8 мб). Среднее давление на уровне моря составляет 29,92 дюйма (1013,23 мбар), что делает это рекордное давление на 7% выше нормы, что означает, что масса атмосферы выше этой точки была на 7% больше, чем обычно.

Теплый сердечник, высокий

Есть два типа теплых максимумов ядра

Высокий субтропический

  • Вызвано конвергенцией верхнего уровня между ячейками Хэдли и Фаррелла
  • Четко очерченный центр высокого давления на поверхности

Верхний предел отсечки

  • Струя к северу от полярного фронта (PFJ)
  • Наиболее часто встречается в северной части Атлантического океана

Прочие характеристики

  • Температура увеличивается к центру
  • Интенсивность увеличивается с высотой
  • Имеет антициклоническую циркуляцию (вращение по часовой стрелке) на всех уровнях
  • Примеры включают Бермудский высокий и Тихоокеанский уровни

Холодная сердцевина, высокая

Существует только один тип холодного сердечника.

Полярный высокий

  • Полярные высшие формы в континентальной полярной (cP) воздушной массе
  • Северная Канада и Сибирское Высоко

Характеристики

  • Холодное ядро ​​High — это такое состояние, при котором температуры в горизонтальной плоскости уменьшаются к центру.
  • Давление быстро падает с высотой.
  • Толщина относительно невысока.
  • В вертикальном направлении максимумы холодного ядра имеют наклон в сторону более холодного воздуха наверху.
  • Поскольку эти максимумы неглубокие, обычно низкий уровень верхнего уровня находится выше максимума холодного ядра.
  • Если осадки вызваны низким уровнем верхнего уровня, в зависимости от высоты уровня замерзания, связанного с высоким уровнем на поверхности; можно ожидать холодного дождя или снега.

Гарри Уорд

Служил в морской пехоте США в качестве наблюдателя за погодой, а затем стал синоптиком.Размещался на наиболее активном аэродроме восточного побережья и оказывал метеорологическую и океанографическую поддержку эскадрильям самолетов, путешествующим по всему миру.

Последние сообщения

ссылка на основы торнадо, подготовку к суровой погоде и усовершенствованную шкалу Fujita ссылка на Synoptic Weather Quiz

Тест синоптической погоды

Сможете ли вы справиться с синоптической погодой? Проверьте свои знания о типах облаков, графиках метеостанций, атмосферных воздействиях и многом другом.Синоптический …

В общем кровообращении можно найти примерно постоянные области высокого и низкого давления. Вспомните обсуждение обтекания водной планеты без наклона. Если бы планета не была наклонена и была покрыта водой, на Северном полюсе был бы максимум, а где-то в Аризоне и внизу в Джорджии и Флориде (около 30 ° с.ш.) были бы максимумы.Полоса минимумов протянется через Канаду и вдоль экватора (рис. 8.24). Низкое давление создается там, где воздух поднимается, а высокое давление возникает там, где воздух опускается. Но поскольку Земля имеет массивы суши и наклонена по отношению к Солнцу, полосы высокого и низкого давления обычно не существуют. Они приобретают более ячеистый вид из-за разницы в тепле океана и суши. (См. Рисунок на странице 207 текста.)

Южное полушарие несколько более полосчатое, чем клеточное северное полушарие.

Рис.8.24. Полосы минимумов и максимумов широты, если бы не было суши.

Подобное количество радиации, падающей на воду и землю, по-разному влияет на температуру. Радиация, попадающая в океан, проникает в воду на большую глубину. В чистой воде он имеет некоторый эффект на глубине до 80 футов. Чем менее прозрачна вода, тем более неглубокий эффект. Предположим, что влияние солнца на океан составляет около 80 футов. Солнце нагревает землю на глубину до 5 дюймов.Солнце оказывает кожное воздействие на сушу и глубокое воздействие на воду.


Рис. 8.25. Глубина прямого воздействия радиации на сушу и воду.

Также бывает разная отражательная способность. Земля может отражать другое количество энергии, чем вода, в зависимости от других характеристик поверхности. Как правило, поверхность суши будет отражать больше радиации, чем вода. Для обогрева земли используется больше энергии, чем воды. Количество тепла, необходимое для нагрева воды, больше, чем для земли.Вода обладает очень высокой теплоемкостью. Одно и то же количество тепловой энергии, добавляемой к разным веществам, вызывает разные температурные изменения. Например, средняя поверхность суши, вероятно, имеет теплоемкость около 40% от теплоемкости воды. Если добавить одинаковое количество тепла к воде и земле, земля нагреется быстрее.

Рис. 8.26.

Учебный вопрос 8.7
Если принять ту же теплоемкость воды, насколько сильно нагреется вода, если к ней приложить 10 кал тепла?

Эти три характеристики в совокупности позволяют количеству тепла или энергии, необходимого для нагрева объема воды, больше, чем для объема земли.Следовательно, вода будет нагреваться медленнее.

Есть еще пара других факторов, которые связаны с этим. В океане есть регулярные течения и водовороты, перемешивающие и рассеивающие тепло. Океанская вода переворачивается и движется, создавая разницу, которая становится очевидной ежедневно и сезонно. Земля будет нагреваться очень быстро, становясь теплее океана днем, и быстро остывать, становясь холоднее океана ночью. Хотя их средняя температура одинакова, в течение года температура земли может сильно различаться.Средняя температура зимой ниже нуля, а летом — от 16 до 21 ° C. Это создает разницу температур в 40 ° F для средней дневной температуры между летом и зимой здесь, на Среднем Западе (рис. 8.27). Температура океана нигде не меняется более чем на 18 ° F (10 ° C), если только большие океанские течения не переместятся и не перейдут в новое место. На суше колебания температуры намного больше, чем в океане. Эти температурные различия преодолевают некоторые из полос, ожидаемых от модели общей циркуляции.


Рис. 8.27. Среднемесячные максимальные и минимальные температуры (° F) и количество осадков (дюймы) за 1951–1997 годы.

Некоторые закономерности становятся очень очевидными. Типичные январские модели давления можно увидеть на стр. 43 вашего текста. Области высокого давления можно найти в Атлантике, недалеко от Азорских островов и Тихого океана у Бахи, Калифорния. Они находятся в области типичного диапазона, где можно ожидать максимумов. Области высокого давления также встречаются над континентальной Северной Америкой и Азией.Они образуются, потому что суша холоднее, чем окружающие океаны. Более холодный воздух ведет к опусканию. Пока эта картина сохраняется, под этим высоким давлением погода будет сухой. Январь на Среднем Западе будет довольно засушливым, поскольку это месяц с минимальным количеством осадков в Айове (около 1 дюйма осадков, см. Рисунок 8.27). Может выпасть 12 дюймов снега. Но если его расплавить, то выпадет около 1 дюйма осадков.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *