Можно ли дышать на 10000 метров и H на 10000 метров, и у вас осталось три минуты

Время на прочтение

Вы оказались на высоте десяти километров, и падаете без парашюта. Шансов у вас немного, однако небольшое количество людей, оказавшись в подобной ситуации, сумели выжить.

Что такое атмосфера

Атмосфера — это воздушная масса, которая окружает землю и вращается вместе с ней с определённой скоростью. Атмосфера состоит из смеси газов (азот, озон, кислород, углекислый газ, гелий), а также примесей — замёрзшие частички влаги, пыль, морская соль, капельки воды, вещества горения. Некоторые погодные явления формируются высоко в атмосфере. Благодаря ей люди, животные, растения могут дышать. Проще говоря, земная жизнь возможна благодаря кислороду, содержащемуся в атмосфере.

Температура за бортом самолета на высоте 10000 метров будет определяться соотношением субтропических широт со временем года. Средние показатели данной высоты достигают -55 °С.

Рассуждая логически, можно заключить: чем выше от земли, тем теплее, потому что ближе к солнцу. Ведь солнце — это источник тепла, а оно вверху. Однако, происходит обратное, чем выше взлететь, тем холоднее будет. А всё потому, что тепло поднимается от земли, прогретой солнечными лучами.

При такой формулировке вопроса ответ будет НИ НА КАКОЙ. Если Вы на уровне земли отберёте некоторую пробу воздуха, то в ней содержание кислорода составит 20,9 %, азота — 78,1 %, аргона — 0,9 %. Остальные газы ввиду малости их содержание (сотые доли процента и ниже) можно не учитывать.

При нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) парциальное давление кислорода составляет 760*0,209=159 мм рт. ст. Но если содержание кислорода снижается, то дышать становится труднее. В правилах техники безопасности, используемых на химических предприятиях написано, что снижение концентрации кислорода ниже 16 % — смертельно. Это соответствует парциальному давлению кислорода 122 мм рт. ст.

Общее атмосферное давление (концентрация газов в единице объёма) с высотой будет снижаться, соответственно будет снижаться и парциальное давление кислорода. И когда, на некоторой высоте оно станет ниже 122 мм рт. ст., то нормально дышать станет невозможно. Поскольку общее атмосферное давление с высотой падает нелинейно, а я не знаю точной формулы, то не могу сказать, на какой высоте это произойдёт. Но даже на этой высоте состав воздуха останется тем же, что и на уровне земли, т.е. 20,9 % кислорода, 78,1 % азота и — 0,9 % аргона.

08:00 19.11.2017
(обновлено: 08:01 19.11.2017)

Дышать без кислорода: откуда берется воздух в салоне самолета

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

Полагаю, что вопрос относится к разгерметизации современных лайнеров, летающих на высотах 10-12 км. На высоте 10 км давление воздуха за бортом самолёта составляет 199 мм рт. ст., а на высоте 12 км — 145 мм рт. ст. При разгерметизации самолёта воздух будет выходить и давление внутри самолёта сравняется с давлением снаружи.

Если разгерметизация произойдёт быстро (большая дыра), за несколько секунд, то растворённые в крови газы (азот, и в некоторой степени — кислород) будут выделяться в газовую фазу в виде пузырьков, наподобие тому, что происходит при открывании бутылки с тёплым шампанским или с теплой газированной водой. Эти пузырьки закупорят капилляры и кровообращение моментально прекратится (такое состояние называется эмболия), и через несколько секунд наступит смерть.

Если скорость утечки незначительная, то возможно, выделяющиеся газы успеют выйти через лёгкие. Но, поскольку давление хоть и медленно, всё же будет падать, дышать будет всё труднее и труднее, как если бы пассажиры поднимались в гору. Когда при нормальном атмосферном давлении содержании кислорода падает ниже 16 %, т.е. парциальное давление кислорода ниже 120 мм рт.ст., то человек погибает от недостатка кислорода. Но с падением атмосферного давления, даже если относительное содержание кислорода не изменяется (остаётся равным 21 %), парциальное давление кислорода будет падать и достигнет критических 120 мм рт.ст. при общем давлении 580 мм рт.ст., что соответствует высоте примерно в 2,5 км. Т.е. на высотах выше 2,5 км пассажиры погибнут от недостатка кислорода.

Итак, на высотах выше 2,5 км, если разгерметизация самолёта произошла моментально, то пассажиры погибнут за несколько секунд от эмболии, если разгерметизация будет идти медленно, то пассажиры погибнут от недостатка кислорода. До обморожения дело не дойдёт.

Пассажирские самолёты выполняют авиаперелёты, как правило, на высоте 10 километров. Откуда взялась эта планка?

10 000 метров – просто красивое число или за этим скрывается нечто большее?

Вообще, высота полёта авиалайнера отличается в зависимости от типа и модели самолёта, его размера, наличия определенного оборудования и функций. Небольшие самолёты гражданской авиации и некоторые реактивные самолёты летают на высоте не более 6000 метров, в то время как крупные и высокоскоростные авиалайнеры летают в верхних слоях на высоте от 7000 до 13 000 метров. Маленькие легкомоторные самолёты обычно не поднимаются выше 2000 метров.

Высотой полёта принято называть расстояние по вертикали до корпуса воздушного судна. В зависимости от уровня начала отсчёта различают высоту: истинную (от уровня точки, находящейся непосредственно под воздушным судном), относительную (от какого-либо условного уровня — уровня порога взлётно-посадочной полосы, уровня аэродрома, наивысшей точки рельефа и так далее) и абсолютную (от уровня моря).

Высоты полёта делят на предельно малые, малые, средние и большие. Предельно малые отличаются в зависимости от типа и скорости летательного аппарата, малые — от предельно малых до 1000 метров, средние — от 1000 до 5000 метров, большие — свыше 5000 метров. От высоты полёта следует отличать эшелон, занимаемый воздушным судном. Эшелоны отсчитываются по стандартному атмосферному давлению и имеют определённые нормативными документами значения.

Но почему пассажирские авиалайнеры летят на высоте именно 10 километров? Дело в том, что чем выше скорость полёта, тем ниже оптимальная плотность воздуха. В плотном воздухе у земли летать неэкономично, а на высоте более 12 километров пришлось бы развивать сверхзвуковую скорость, чтобы обеспечить оптимальные условия работы двигателей. Типичную для гражданской авиации скорость 800-900 км/ч как раз лучше всего развивать на высоте около 10 000 метров.

Температурные показатели за бортом самолета на высоте 10000

Летом атмосфера охлаждается с каждым километром приблизительно на 6°С. Поэтому можно легко подсчитать: если около земли +15 °С, значит, на расстоянии 10 км от земли показатели термометра будут составлять -45°С.

Зимой температура высчитывается по-другому. На расстоянии 10 км она будет значительно ниже, чем летом. Температурные данные воздуха зимой на расстоянии 10000 км труднее вычислить, чем в летнее время.

25, высота 0 м

Земля. Вы, как мастер из Шаолиня – спокойны и подготовлены. Удар. Вы живы. Что дальше? Если повезёт, травмы будут не очень серьёзными, и вы сможете встать и выкурить в честь этого сигаретку, как британский хвостовой стрелок Николас Алкемейд в 1944-м. Он упал с высоты в 5500 м и приземлился на заснеженные кусты. Но скорее всего, вас ждёт тяжёлая работа.

Возьмём пример Джулианы Кёпке. Накануне рождества 1971 года её самолёт Lockheed Electra взорвался над Амазонкой. На следующее утро 17-летняя немка очнулась в джунглях, всё ещё будучи пристёгнутой к сиденью, и окружённой горой упавших рождественских подарков. Одна, с травмами, она сумела отвлечься от мыслей о гибели матери, сидевшей с ней рядом. Вместо этого она вспомнила совет отца, биолога: потерявшись в джунглях, в поисках цивилизации следуй за водой. Кёпке переходила от небольших ручейков к более крупным. Она обходила крокодилов, и тыкала палкой в грязи перед собой, чтобы распугивать электрических скатов. Во время падения она потеряла один ботинок, а её юбка была разорвана. Единственной едой, которую она нашла, был пакетик с конфетами, а пить ей приходилось только грязную воду. Ей приходилось не обращать внимания на сломанную ключицу и открытые раны, кишащие личинками.

На десятый день она присела отдохнуть на берегу реки Шибонья. Когда она встала, она вдруг увидела привязанное к берегу каноэ. Много часов у неё ушло на то, чтобы забраться на высокий берег, где стояла хижина, в которой её на следующей день нашли дровосеки. В Перу это случай посчитали чудом, и по статистике тут действительно не обошлось без божественного вмешательства. Согласно женевскому управлению регистрации авиакатастроф, в период с 1940 по 2008 года в 15 463 катастрофах погибло 118 934 людей.

Даже если включить в список выживших парашютистов, счёт подтверждённых или хотя бы убедительных случаев выживания в базе Гамильтона идёт на 157 человек – из них только 42 случая произошли при падении с высоты более 3 км.

Однако Кёпке никогда не считала, что выживание зависит только от судьбы. Она ещё может вспомнить первые моменты падения с самолёта, когда она вертелась в своём кресле. В этой ситуации она ничего не контролировала, зато после того, как она очнулась, всё было в её руках. «Я смогла принять верное решение – покинуть место аварии», — говорит она теперь. И благодаря опыту, полученному при работе на исследовательской станции её родителей, она говорит: «Я не чувствовала страха. Я знала, куда идти в лесу, как идти по реке, где мне приходилось плыть бок о бок с такими опасными животными, как кайманы и пираньи».

Или к этому моменту вы уже давно не спите, а колёса самолёта безопасно коснулись посадочной полосы. Вы понимаете, что вероятность катастрофы коммерческого самолёта невероятно мала, и что только что прочитанная информация вам вряд ли пригодится.

19 Высота 300 метров

Если, выпав из самолета, вы занялись чтением этой статьи, то к настоящему моменту дошли как раз до этих строк. Начальный курс у вас уже есть, и теперь пора взять себя в руки и сосредоточиться на стоящей перед вами задаче. Впрочем, вот еще кое-какая дополнительная информация.Статистика показывает, что в случае катастрофы выгоднее оказаться членом экипажа или ребенком, и если есть выбор, лучше терпеть крушение на военном самолете. За последние 40 лет зафиксировано по крайней мере 12 авиакатастроф, когда в живых оставался только один человек. В этом списке четверо были членами экипажа, а семь — пассажирами в возрасте до 18 лет. Среди спасшихся Мохаммед эль-Фатех Осман, двухлетний ребенок, который пережил крушение «боинга» в Судане в 2003 году, приземлившись среди его обломков. В прошлом июне, когда неподалеку от Коморских островов потерпел крушение лайнер Yemenia Airways, в живых осталась только 14-летняя Бахия Бакари.

Выживание членов экипажа можно связать с более надежными системами пассивной безопасности, а вот почему чаще в живых остаются дети — пока не ясно. В исследованиях FAA отмечается, что у детей, особенно в возрасте до четырех лет, более гибкие кости, мышцы более расслаблены и более высокий процент подкожного жира, эффективно защищающего внутренние органы. Люди маленького роста — если их голова не высовывается из-за спинок самолетных кресел — хорошо защищены от летящих обломков. При небольшом весе тела ниже будет и устоявшаяся скорость падения, а меньшее лобовое сечение снижает шанс напороться при приземлении на какой-нибудь острый предмет.

20, высота 6700 м

Не теряя присутствия духа, вы прицеливаетесь.

Но во что? Падение Маги на каменный пол французского вокзала смягчила его стеклянная крыша. Стекло наносит травмы, но и помогает вам. Как и трава. Стога сена и кусты смягчали падение людей, которые потом удивлялись, что выжили. Деревья тоже подойдут, хотя на дерево можно и нанизаться, как на шампур. Снег? Конечно. Болота? С грязной поверхностью, покрытой растительностью – ещё лучше.

У Гамильтона описан один случай с парашютистом, который после полного отказа парашюта спасся, спружинив от проводов линии электропередачи. А вот вода – ужасный выбор, несмотря на популярное заблуждение. Жидкость, как и бетон, не сжимается. Упасть в океан – по сути, то же самое, что упасть на тротуар. Только тротуар не «раздвинется, поглотив ваше разбитое тело», как поясняет Гамильтон.

Выбрав цель, можно переходить к правильному положению тела. Чтобы замедлить спуск, изобразите парашютиста. Расправьте руки и ноги, грудь поверните к земле, выгните спину и голову вверх. Вы увеличите трение, и вам будет легче маневрировать. Но не расслабляйтесь – эта поза не для приземления.

К сожалению для вас в такой ситуации, вопрос о наилучшей позе для приземления остаётся предметом споров. В исследовании от 1942 года в журнале War Medicine отмечалось, что «распределение и компенсация давления играют большую роль в уменьшении травм». Рекомендация: приземление всей площадью тела. Однако в отчёте от 1963 года федерального агентства авиации утверждается, что переход в классическую позу парашютиста – ноги вместе, пятки вверх, колени и бёдра сжать – увеличивает шансы на выживание. В том же исследовании отмечалось, что людям помогают выживать навыки акробатики и борьбы. Особенно полезными для падения на твёрдые поверхности признаны занятия единоборствами. «Обладатель чёрного пояса может, по отзывам, ломать дерево одним ударом», пишут авторы, считающие, что подобные навыки пригодятся в рассматриваемой ситуации.

Лучшим уроком по методу «обучение методом проб и ошибок» будет история японского парашютиста Ясухиро Кубо, обладателя мирового рекорда в «банзай»-категории парашютного спорта. Этот парашютист выбрасывал из самолёта парашют, затем прыгал следом за ним, выжидал максимально возможное время, потом догонял его, надевал и дёргал за кольцо. В 2000 году Кубо прыгнул с высоты в 3000 метров, и падал 50 секунд перед тем, как схватить свой парашют. Более безопасный метод обучения – использования симуляторов-аэротруб, которые можно найти в различных парках аттракционов.

Но эти методы не помогут вам натренировать самую сложную задачу – приземление. Для этого можно рассмотреть такой вариант – хотя не сказать, что мы его советуем – как прыжок с самого высокого моста в мире (на момент строительства), виадука Мийо. Одна из его опор имеет высоту в 341 метр, а внизу расположена упругая пашня.

Какой бы ни была поверхность, определённо не стоит приземляться на голову. В «исследовании о переносе ударных нагрузок при свободном падении» 1977 года исследователи Института изучения безопасности шоссе установили, что основной причиной смерти при падениях – а изучали они падения со зданий, мостов и в шахту лифта – было повреждение затылка. Если уж вам приходится падать горизонтально, пожертвуйте красотой и приземляйтесь на лицо, а не на затылок. Также можете подумать над тем, чтобы брать с собой в полёт защитные очки – Гамильтон говорит, что иначе при падении вам будет сложно прицелиться, поскольку из-за сильного потока воздуха у вас будут слезиться глаза.

25 Высота 0 метров

Итак, приехали. Удар. Вы все еще живы? И каковы ваши действия? Если вы отделались мелкими травмами, можете встать и закурить, как поступил британец Николас Алкемейд, бортстрелок хвостового пулемета, который в 1944 году после падения с шестикилометровой высоты приземлился в заснеженную чащобу. Если же без шуток, то впереди вас ждет еще немало хлопот. Вспомним случай с Юлианой Копке. В 1971 году в канун Рождества она летела на самолете Lockheed Electra. Лайнер взорвался где-то над Амазонкой. 17-летняя немка пришла в себя на следующее утро под пологом джунглей. Она была пристегнута к своему сиденью, а вокруг валялись груды рождественских подарков. Раненная, в полном одиночестве, она заставила себя не думать о погибшей матери. Вместо этого она сосредоточилась на совете отца-биолога: «Потерявшись в джунглях, ты выйдешь к людям, следуя за течением воды». Копке шла вдоль лесных ручейков, которые постепенно сливались в речки. Она обходила крокодилов и колотила по мелководью палкой, чтобы распугать скатов. Где-то, споткнувшись, потеряла туфлю, из одежды на ней осталась только рваная мини-юбка. Из еды при ней был только пакет конфет, а пить приходилось темную, грязную воду. Она не обращала внимания на сломанную ключицу и на воспалившиеся открытые раны.

На десятый день, двигаясь вдоль реки Шебонья, она увидела вытащенное на берег каноэ. Ей потребовалось несколько часов, чтобы вскарабкаться по береговому склону до хижины, где ее на следующий день обнаружила бригада лесорубов. В Перу этот случай восприняли как чудо. Действительно, по статистике службы ACRO, фиксирующей все авиакатастрофы, с 1940 по 2008 год в результате крушения 15 463 самолетов погибло 118 934 человека. Даже если добавить к этому числу парашютистов, у которых не раскрылись парашюты, всего 157 счастливчиков способны рассказать о произошедшем с ними чуде. Из них 42 — выжившие после падения с высоты более 3 км.

Правда, юная Копке не соглашалась с тем, что ее спасение — это результат чуда. Когда она кувыркалась в воздухе вместе со своим креслом, ситуация была не в ее власти, но когда она пришла в себя на земле, она уверенно взяла ответственность за свою жизнь в собственные руки. «Я сумела принять единственно правильное решение — покинуть место катастрофы». На родительской биостанции она получила необходимый для выживания опыт и потом рассказывала: «Мне не было страшно. Меня обучили ходить по лесам и правильно вести себя на реке. Мне пришлось много плыть среди таких опасных животных, как кайманы и пираньи».

А теперь поздравляем со счастливым приземлением! Вы уже проснулись, и колеса вашего самолета катятся по взлетно-посадочной полосе. Вы хорошо понимаете, что вряд ли вам когда-нибудь в жизни понадобятся сведения из этой статьи. А все-таки — не стоит ли оставить ее в кармашке на спинке кресла для следующего пассажира?

Откуда берется воздух в салоне самолета

Китай успешно испытал самолет на водородных топливных элементах

В самом начале эры авиации воздушные суда делали полностью герметичными, но за счет сильной разницы давлений внутри и вне самолета металл растягивался, что приводило к разрушению конструкции. Поэтому на данный момент в салоне поддерживают более низкое давление, чем то, что соответствует уровню аэропорта.

Однако слишком малое сжатие воздуха в салоне может доставлять пассажирам сильный дискомфорт за счет уменьшения силы, с которой кислород давит на стенки сосудов. Высота 2500 метров соответствует верхней точке давления, когда кровь еще нормально насыщается кислородом, а человек не испытывает головной боли, одышки, тошноты и сильной усталости. Чаще всего при полете поддерживается давление, соответствующее высоте 1300-1800 метров, то есть 600-650 миллиметров ртутного столба.

При вдохе взрослый человек потребляет в среднем 0,0005 кубического метра воздуха. В минуту мы совершаем в среднем 18 дыхательных циклов, перерабатывая за это время 0,009 кубического метра воздуха. Кажется, что это немного. Но салон лайнера рассчитан в среднем на 600 пассажиров, следовательно, в минуту им всем требуется уже 5,4 кубического метра воздуха. Воздух постепенно «загрязняется», содержание кислорода в нем падает и через некоторое время дышать станет просто невозможно. Следовательно, для комфорта (а в целом для поддержания жизнедеятельности) пассажиров необходим приток свежего воздуха в салон.

Химики придумали очередной способ превращать воздух в спирт

Все современные самолеты снабжены системой, которая одновременно обеспечивает салон кислородом и поддерживает работу двигателя, так как топливо в нем сжигается только при окислении кислородом. Когда воздух из атмосферы попадает во внутренний контур двигателя, он сильно сжимается и за счет этого нагревается. Далее от одной из ступеней компрессора (устройство для сжатия газообразных веществ) воздух отбирается уже для салона. При этом забор происходит до смешения с топливом, поэтому абсолютно безвреден и чист, но на всякий случай его все равно прогоняют через фильтры.

Температура нагретого в двигателе воздуха составляет около 500 Поэтому перед поступлением в салон он отправляется на радиатор (устройство для рассеивания тепла), где охлаждается, а затем попадает на турбохолодильник, вращая турбину самолета за счет своего расширения. Энергия воздуха уменьшается, температура падает до 2 С.

В результате в салон  попадают два разных воздушных потока: горячий, который не проходил турбохолодильник, и холодный — прошедший через него. Пилот контролирует температуру в салоне, смешивая горячий и холодный воздух в необходимых пропорциях.

Главный недостаток системы заключается в том, что, воздух, попадающий в кабину, слишком сухой. Разреженный в атмосфере, он содержит меньше влаги, а при доставке в салон осушается дополнительно. Делается это для того, чтобы в патрубках системы кондиционирования не намерзал лед, который может привести к ее закупорке. Именно поэтому многие пассажиры жалуются на сухость в глазах и горле при полете.

Температурные показатели за бортом самолета на разной высоте полета

Зависимо от высоты полёта плотность воздуха будет отличаться. Воздух верхних слоёв тропосферы разряжен. А чем более разряжена газовая среда, тем меньше способна проводить и удерживать тепло. Поэтому солнечные лучи, проходя сквозь, не прогревают верхние слои атмосферы. Однако земная поверхность (суша и вода), поглощает тёплые солнечные излучения. Затем земля источает полученное тепло. Чем ближе к ней, тем больше тепла. Таким неравномерным образом прогревается весь слой тропосферы.

Излучение тепла, идущее от земной поверхности вверх, способно прогреть воздух всего лишь до 15–18 км. Выше этой границы температурные показатели значительно уменьшаются. Но пассажирские авиалайнеры так высоко не летают.

19, высота 300 м

Учитывая вашу первоначальную высоту, к моменту, когда вы дочитаете до этого места в статье, вы уже будете подлетать к земле.

Прим. пер.: автор оригинала основывает расчёты на объёме английского текста и среднюю скорость чтения в 250 слов в минуту; на самом деле количество слов в оригинальном тексте статьи к этому моменту приближается к 1250, что отняло бы 5 минут на чтение, а речь идёт о трёхминутном падении. В русском переводе слов к этому моменту примерно столько же, но средняя скорость чтения по-русски оценивается в 180 слов в минуту. Всё-таки лучше прочитать эту статью до того, как вы упадёте с высоты.

Всё необходимое мы уже рассмотрели, поэтому можете концентрироваться на главной задаче. Однако, если что, вот вам дополнительная информация – хотя, к этому моменту она уже мало вам поможет.

Статистически в данной ситуации шансов больше у члена команды воздушного судна, у ребёнка или у пассажира военного самолёта. За последние сорок лет произошло около десяти авиакатастроф с единственным выжившим. Среди описанных случаев четыре человека относились к команде воздушного судна, как, к примеру, стюардесса Вулович, а семерым не исполнилось 18. К ним относится и двухлетний Мохаммед эль-Фате Осман, прокатившийся на обломке реактивного самолёта Boeing, упавшего в Судане в 2003.

Возможно, члены команды выживают чаще из-за того, что их ремни лучше работают. А вот о том, почему детям удаётся чаще выжить, пока идут споры. В исследовании федерального авиационного агентства отмечается, что у детей, в особенности до 4 лет, скелет более гибкий, мускулы более расслабленные, а пропорция подкожного жира по отношению к весу тела больше – это помогает защитить внутренние органы. Люди маленького роста – когда голова оказывается ниже, чем спинка переднего сиденья – лучше защищены от обломков разваливающегося самолёта. Меньший вес уменьшает предельную скорость падения, меньшая площадь тела уменьшает шансы наткнуться на что-либо при падении.

Температурные данные за бортом авиалайнера

Какая температура за бортом самолета? На этот вопрос сложно дать конкретный ответ. Многое зависит от того, какое время года выбрано для полёта, а также местоположение лайнера относительно климатических поясов. От этих данных будет зависеть воздушная плотность, а значит, и формула, по которой рассчитываются показатели термодатчиков. В разных климатических поясах метеорологические данные будут сильно отличаться.

Для чего нужно знать температуру воздуха при полёте? Эти данные позволяют рассчитать тягу двигателя, подъёмную силу крыла, расход топлива и нагрузку на разные элементы самолёта. От этого зависит безопасность полёта.

00, высота 10 000 м

Вчера вы рано легли, а сегодня у вас был ранний рейс. Вскоре после взлёта вы засыпаете. И вдруг вы резко просыпаетесь – вокруг вас свистит холодный воздух и раздаётся шум. Ужасный и громкий. Где я? – думаете вы. Где самолёт?

Вы на высоте 10 км. Один. И вы падаете.

Неприятная ситуация. Самое время сконцентрироваться на положительных сторонах (да, кроме той, что вы выжили после разрушения самолёта). Гравитация работает против вас, зато другая сила на вашей стороне: время. Хотите — верьте, хотите – нет, но эта ситуация лучше той, в которой вы упали с балкона верхнего этажа отеля, приняв на грудь слишком много.

Ну, по крайней мере, она станет лучше. На таких высотах недостаточно кислорода, и у вас начинается гипоксия. Скоро вы потеряете сознание, и пролетите не меньше полутора километров до того момента, как очнётесь снова. А после этого вспомните этот текст. Ведь ваша следующая остановка – поверхность Земли.

Конечно, шансы выжить после падения с десятикилометровой высоты чрезвычайно малы, однако оказавшись в подобной ситуации, вы ничего не потеряете, если хорошенько в ней разберётесь. С самолёта можно упасть двумя способами. Первый – свободное падение, без всякой защиты и средств для замедления спуска. Второй – стать «наездником на обломках», как назвал эту ситуацию историк-любитель из Массачусетса Джим Гамильтон, собравший страничку исследований случаев свободного падения. Это что-то вроде онлайн-базы по всем случаям падений людей с высоты, после которых они выжили.

Во втором случае вы можете получить преимущество, если прицепитесь к какой-то части развалившегося самолёта. В 1972 году сербская стюардесса Весна Вулович находилась в самолёте McDonnell Douglas DC-9, летевшем над территорией Чехословакии, и внезапно взорвавшемся в воздухе. Она упала с высоты 10 160 метров, будучи зажатой между сиденьем, тележкой с едой, частью фюзеляжа и телом ещё одного члена экипажа. Она приземлилась на заснеженном склоне, и перед полной остановкой соскользнула с него. В результате она получила серьёзные травмы, но выжила.

Выжить после падения, будучи окружённым немного защищающими тебя предметами, получалось чаще, чем выжить после падения без посторонних предметов. Известен случай Алана Маги, героя американского сборника удивительных фактов «Ripley’s Believe It or Not!». В 1943 году его самолёт B-17 сбили над Францией. Лётчик из Нью-Джерси упал с высоты 7 000 м, и столкнулся с крышей железнодорожного вокзала, после чего провалился внутрь. Впоследствии его взяли в плен немецкие войска, поражённые тем, что он выжил.

Прицепились ли вы к обломку фюзеляжа, или падаете свободно, больше всего вас интересует концепция предельной скорости. Под воздействием гравитации вы падаете всё быстрее. Но, как и любой движущийся объект, вы испытываете сопротивление воздуха – тем большее, чем быстрее вы двигаетесь. Когда сила гравитации сравняется с сопротивлением воздуха, ускорение прекращается – вы достигаете максимума.

В зависимости от вашего размера и веса, и факторов типа плотности воздуха, ваша максимальная скорость окажется равной примерно 190 км/ч. Достигнете вы её удивительно быстро – пролетев всего порядка 450 м (высота Останкинской башни – 540 м). А равенство скорости означает, что вы врежетесь в тротуар с одинаковой силой. Разница только в промежутке времени. Спрыгнув с Останкинской башни, вы упадёте через 13 секунд.

После того, как вы выпадете из самолёта, у вас будет столько времени, что вы сможете прочитать почти всю эту статью.

Даешь давление для альпинистов или как дышать свободно на вершинах?

Как пел когда-то Владимир Высоцкий, «лучше гор могут быть только горы, на которых еще не бывал». Завораживающая высота гор издавна манила к себе людей и только в прошлом веке, люди смогли покорить многие самые высокие вершины Земли.

Для дыхания на высоте используется сжатый воздух и в этой статье мы рассмотрим, а можно ли его как то заменить?

Покорение вершин в прошлом было связано со значительными трудностями, впрочем, не исчезнувшими и сегодня: низкая температура, ураганные ветра, со скоростью ветра, достигающей 160 км/час, резкая смена погоды, ну и, конечно же, — невозможность полноценно дышать на такой высоте. Это связано с тем, что атмосферное давление падает по мере удаления от поверхности Земли. Для примера, на вершине Эвереста, атмосферное давление составляет всего лишь около 30% от того, которое является обычным и к которому мы привыкли, находясь на уровне моря.

Высота же, находящаяся после отметки в 8.000 метров, называется «зоной смерти», так как на таких высотах адаптация к низкому давлению невозможна и человек постепенно начинает умирать. При таком понижении давления, могут происходить такие негативные явления как бред, внезапная слепота и даже отёк мозга.

Поэтому альпинисты, совершающие восхождения на такие высокие пики, вынуждены брать с собой запас воздуха для дыхания в баллонах. В среднем, альпинисту требуется до 28 л сжатого воздуха для восхождения, который будет израсходован за 140 часов, при максимальной интенсивности дыхания.

Запас воздуха является конечным, его невозможно пополнить на вершине. И это один из тех факторов, из-за чего, в частности, было много трагических моментов, связанных с гибелью альпинистов.

Ситуация примерно аналогична с ситуацией при кораблекрушении: когда воды вокруг тебя полно, а напиться ты не можешь! Довольно досадная ситуация, надо признать!

Однако, мы же инженеры! Может быть, существует некий способ, который позволяет воспользоваться окружающим воздухом для дыхания? Способ напрашивается только один: каким-либо образом «сгустить» окружающий атмосферный воздух, сделав его пригодным для дыхания!

В технике, наиболее известным способом «сгущения» воздуха, — является его сжатие компрессорами. Наиболее распространенным типом компрессора является поршневой, частный случай которого представлен мембранным компрессором (гибкая мембрана оттягивается в середине специальной тягой и возвращается на место, благодаря чему происходит нагнетание воздуха, находящегося над мембраной).

Единственная проблема заключается в том, что такие компрессоры потребляют достаточно много энергии, обладают большим весом, поэтому малоприменимы в целях создания некой носимой установки.

Но неужели все так плохо?!

К счастью, вовсе нет: существует один тип компрессорных установок, который обладает поистине поразительной производительностью: компрессоры винтового типа.

Суть устройства компрессорных установок такого типа, заключается в том, что 2 винта специальной формы вращаются друг рядом с другом, с небольшим зазором. Их форма разработана с таким расчетом, что воздух, попадающий между быстро вращающимися роторами данных винтов, — постепенно сжимается. Для увеличения эффективности действия компрессоров такого типа, используется подача смазки между винтами. Она служит как для целей смазывания винтов (особенно в момент старта, когда они могут соударяться друг с другом), так и для обеспечения герметичности зоны сжатия.

Более подробно об этом, в вики:

«Конструкция винтового компрессора запатентована в 1934 году. Надёжность в работе, малая металлоёмкость и габаритные размеры предопределили их широкое распространение. Кроме того, использование винтовых компрессоров позволяет экономить до 30 % электроэнергии. Винтовые компрессоры успешно конкурируют с другими типами объёмных компрессорных машин, практически полностью вытеснив их в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Типовая конструкция компрессора — сухого сжатия, работает без подачи масла в рабочую полость. Компрессор имеет два винтовых ротора. Ведущий ротор с выпуклой нарезкой соединён непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. На ведомом роторе нарезка с вогнутыми впадинами. Роторы расположены в разъёмном корпусе, имеющем один или несколько разъёмов. В корпусе выполнены расточки под винты, подшипники и уплотнения, а также камеры всасывания и нагнетания.

Высокие частоты вращения винтовых компрессоров определяют применение в них опорных и упорных подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в которых сжимается газ, расположены узлы уплотнений, состоящие из набора графитовых и баббитовых колец. В камеры между группами колец подаётся запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипниковых узлов в сжимаемый газ, а также газа в подшипниковые камеры.

Касание винтов роторов при отсутствии смазки недопустимо, поэтому между ними оставляют минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота вращения ведущего и ведомого роторов обеспечивается наружными синхронизирующими шестернями. Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объём камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впадин и происходит процесс всасывания. Когда объём камер достигает максимума, процесс всасывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков.

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые поверхности объединяются в общую полость, объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контакта сопряжённых элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок. Из-за того, что частота вращения роторов значительна и одновременно существует несколько камер, компрессор создаёт равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неуравновешенных механических сил обеспечивают винтовым компрессорам высокие рабочие частоты вращения, то есть позволяют получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

В наше время широкое распространение получили двухступенчатые винтовые компрессоры. Их особенностью является эксплуатация винтовых пар не с двумя роторами, а с четырьмя, что обеспечивает увеличение производительности на одной и той же электрической мощности до 15%».

Уникальными качествами таких компрессорных установок являются:

• обеспечение ровного постоянного потока воздуха, без пульсаций, которые свойственны компрессорам поршневого либо мембранного типа;
• производительность установок такого типа примерно в 8 раз превышает производительность аналогичных поршневых или мембранных компрессоров;
• вследствие наличия пункта «1», установки такого типа не требуют (или, скорее, «могут функционировать без») наличия ресивера в системе. Под ресивером понимается емкость для хранения сжатого воздуха, которая служит для: охлаждения поступающего воздуха, осаждения содержащихся в нём паров воды и масла, устранения пульсаций от работы поршня;
• бесшумная или малошумная работа в течение продолжительного периода времени;
• практически полное отсутствие физического износа, во время работы (когда роторы винтовой пары стартовали, — они больше не трутся практически ни обо что, кроме воздуха и масла (или даже только об воздух, зависит от конкретного компрессора). Износ опорных подшипников роторов в данном вопросе, — считаем несущественным и не учитываем;

Но у внимательного читателя возникнет естественный вопрос: если всё так хорошо и прекрасно, почему же компрессоры такого типа не используются массово, вместо поршневых и мембранных?

Ответ на него очень простой: ввиду сложности изготовления винтовых пар для такого компрессора. Поэтому у промышленных компрессоров такого типа, существует понятие «количества пусков», так как в момент старта, роторы соударяются друг об друга и, соответственно, меняется геометрия, происходит износ, снижается ресурс.

Каждая компания, производящая компрессорные установки такого типа, считает своим ноу-хау геометрию винтовых пар. Так как именно от неё зависит производительность каждого конкретного компрессора.

Однако наше время предоставляет весьма неожиданные возможности для усовершенствования и в этой сфере: из-за появления 3D печати, роторы компрессора могут быть легко изготовлены! Мало того, они могут изготовляться достаточно легко, сложной конфигурации, в массовом порядке.

Поэтому, компрессор такого типа как нельзя лучше подходит в качестве носимой установки альпиниста, которая будет сжимать окружающий воздух до значений, пригодных для дыхания.

В рамках нашей инженерной задачи, требования к такому компрессору достаточно низкие. Изначально компрессоры такого типа предназначены для создания достаточно больших давлений (известны экземпляры, создающие давление в 8, 10, 20 атмосфер). Нам же, требуется всего лишь поднять давление окружающего воздуха (которое, как мы упомянули ранее, составляет всего 30% от нормального атмосферного давления.
Кстати, следует уточнить, что несмотря на широко распространенное заблуждение, количество кислорода не уменьшается с высотой, падает только его давление, равно как и всей газовой смеси атмосферы) до пригодного значения в 1 атмосферу. Так как давление окружающего воздуха уже составляет 0,3 атмосферы, нам не хватает для нормального дыхания докачать, недостающие 0,7 атмосфер.

Это достаточно маленькие требования и с этим компрессор винтового типа легко справится.
Ввиду низких требований, мы с лёгкостью сможем отказаться как от использования смазки для герметизации валов (чтобы не иметь потом проблем с очисткой воздуха), так и от потребности его работы на больших частотах. То есть, в нашем случае, компрессор может работать на достаточно небольших оборотах и этого будет вполне достаточно, для обеспечения человека воздухом для дыхания!

Таким образом, вырисовывается следующая конфигурация нашей компрессорной установки:

• небольшой аппарат рюкзачного типа, который занимает всего лишь 1/20 емкости рюкзака или около того;
• малого веса (напечатанный, с использованием, например, титана или алюминия, его вес может быть очень скромным);
• питаемый от небольшой литий-ионной батареи, которая может подзаряжаться от солнечной батареи на рюкзаке, а также — от небольшого ветрогенератора, также установленного на рюкзаке.

А на рюкзаке можно разместить компактный, толщиной сантиметров 10 — массив цилиндрических ветрогенераторов:

При такой конфигурации дыхательной системы, можно обеспечить человека практически неограниченным запасом воздуха для дыхания на большой высоте!

Автором статьи был проведён достаточно скрупулёзный поиск в сети интернет, в целях найти какой-либо проект 3D-печатного винтового компрессора. Но интернет в этой области оказался «девственно чист». За исключением одного проекта энтузиаста, который напечатал компрессор из пластика, чтобы создать аппарат для обеспечения воздухом больных covid-19. Там же он выложил исходные файлы проекта, прошивку для Ардуино Нано и пару любопытных видео, которые демонстрируют принцип работы этой системы:

Как нетрудно заметить, компрессор, даже работая на маленьких оборотах, достаточно легко накачивает большой полиэтиленовый мешок воздухом. Это как раз то самое, о чем мы говорили ранее: высокая производительность позволяет работать даже на малых оборотах, тем не менее обеспечивая большой поток воздуха.

В качестве альтернативного компрессорному способу сжатия, можно было бы рассмотреть весьма любопытный эффект, с которым наверняка знакомы большинство читателей: ионный ветер.

Суть его заключается в том, что при подаче высокого напряжения на электроды специальной формы, которые по сути являются ассиметричным конденсатором, возникает поток заряженных ионов воздуха, которые дуют от одного электрода к другому.

По данным ряда исследователей, эффективность такого способа примерно равна воздушному винту в авиации.

Так что, несмотря на обилие на YouTube различных экспериментов с ионным ветром, ионными двигателями и ионолётами, достаточно скромного масштаба, эффективность этого способа является достаточно интересной, в рамках нашей задачи.

Говоря о энергозатратах такого способа создания давления, имеются следующие цифры. Для создания подъемной силы для подъёма 1 грамма веса, — требуются затраты примерно в 1 Вт мощности. Таким образом, несложно подсчитать, что для накачки наших 0,7 атмосфер, нам потребуется мощность в 700 Вт. Если подробнее, то давление 1 атмосферы составляет приблизительно 1 кг/см2. Нам нужно накачать 0,7 атмосферы или же 700 грамм/см2. Что соответственно составит 700 Вт потребляемой мощности.

Установка такого типа могла бы выглядеть как некий рюкзачный носимый комплекс, имеющий воздухозаборный патрубок и «разгоняющий воздух» внутри себя, для создания требуемого давления на выкиде системы.

Очевидным плюсом такого способа является отсутствие каких-либо движущихся деталей, что является весьма существенным фактором в условиях низких температур и для повышения общей надежности системы.

Кроме того, из за электрического способа создания давления — его величину можно было бы регулировать с высокой точностью, применяя для этого ШИМ-контроль.

В порядке же технического бреда, можно было бы рассмотреть еще один способ, который теоретически возможен, хотя и весьма труден в реализации.

Но, несмотря на это, рассмотрение этого способа в рамках «мозгового штурма» является достаточно интересным, так как в истории науки и техники существовало и существует множество решений, которые в момент непосредственно изобретения казались полным бредом. Тем более, согласно 3 закону Артура Кларка:

Представим некий генератор звуковой волны, достаточно мощный, чтобы за счёт излучения соответствующей длины волны, — «покрыть полностью» группу восходящих альпинистов зоной повышенного давления, в которой возможно нормальное дыхание! Способ является достаточно красивым с технической точки зрения и укладывается в рамки ТРИЗ («лучшее устройство, это то, которое не существует, но тем не менее — его функция выполняется»). В нашем случае, каждый конкретный член восходящей группы не имеет какого-либо устройства для дыхания, однако вся группа, тем не менее, находится в приемлемой для дыхания зоне, которая перемещается вместе с группой! Это не обязательно может быть звуковой метод, это может быть некое излучение, создающее, например, за счет резонанса, протяженные зоны повышенного давления в атмосфере Земли.

В любом случае, если кто то сможет реализовать этот метод — это тянет на Нобелевскую премию, не меньше.

На данном этапе развития науки и техники данный волновой способ выглядит полнейшим бредом, однако, как учит нас «матерь всех наук» философия, — «любая истина привязана к месту, времени и личности, её воспринимающей». Поэтому то, что выглядит трудновыполнимым сейчас, не обязательно останется таковым и в будущие периоды времени.

АПДЕЙТ:
Друзья, по поводу вполне справедливых комментариев, которые можно свести в 3: 1) «зачем надувать альпиниста»; 2) «будет трудно выдыхать»; 3) «нужен скафандр».

Вы безусловно правы. Любая концепция, еще не дошедшая до практической реализации — всегда требует решения ряда неожиданных вопросов. И даже узких мест.

В ходе написания этой статьи — я ставил своей целью показать широкой публике ряд достаточно неожиданных возможностей, которые можно было бы применить для создания давления. Полагаю, что большинство даже не задумывалось о данном направлении.

Надеюсь, статья даст пищу для размышлений и (даже!) кто то сможет реализовать что то на базе изложенного в реальной жизни.

Мало того, способ с винтовым компрессором, я рассматривал для запуска своего стартапа. Но, так как понял, что мои руки дойдут до этого «лет через 100 — не меньше», мне было не жалко поделиться этой мыслью — с народом 😉

Структура атмосферы за бортом

Верхняя часть тропосферы варьируется от 8 до 18 км. Такая разница объясняется различием тропических, полярных и умеренных широт. Нижняя часть атмосферы вмещает 80% всей воздушной массы и почти все водяные пары, которые содержаться в воздухе.

В тропосфере образуются облака всех ярусов, формируются циклоны, антициклоны, выпадают осадки. Нижние её слои плотнее, что является причиной турбулентности. Содержание газов верхних слоёв тропосферы ограниченно, из-за чего снижается атмосферное давление и плотность. На больших высотах полёты проходят более комфортно.

20 Высота 6500 метров

К этому моменту вы уже спустились в те слои атмосферы, где можно более-менее свободно дышать. К вам возвращается сознание. До удара о землю остается две минуты. Ваша следующая задача — решить, хотите ли вы жить дальше. Если да, то учтите, что, как шутят парашютисты, «умирают не от падения, а от приземления». Не теряя присутствия духа, постарайтесь прицелиться.

Куда же целиться? Мэги грохнулся на каменный вокзальный пол, но его падение затормозилось, когда он за момент до этого пробил стеклянную кровлю. Больно, зато спасительно. Сгодится и стог сена. Некоторые счастливчики остались живы, угодив в густой кустарник. Лесная чаща — тоже неплохо, хотя можно напороться на какой-нибудь сук. Снег? Просто идеально. Болото? Мягкая, покрытая растительностью трясина — самый желанный вариант. Хамильтон рассказывает о случае, когда скайдайвер с нераскрывшимся парашютом угодил прямо на высоковольтные провода. Провода спружинили и подбросили его вверх, сохранив ему жизнь. Самая опасная поверхность — вода. Как и бетон, она практически несжимаема. Результат падения на океанскую гладь будет примерно таким же, как на тротуар. Разница только в том, что асфальт- увы! — не раскроется под вами, чтобы навсегда поглотить разбитое тело.Не упуская из виду намеченную цель, займитесь положением вашего тела. Чтобы снизить скорость падения, действуйте, как парашютист при затяжном прыжке. Раскиньте пошире ноги и руки, запрокиньте повыше голову, расправьте плечи, и вы сами собой развернетесь грудью к земле. Ваше лобовое сопротивление сразу вырастет, и появятся возможности для маневра. Главное — не расслабляйтесь. В вашем, откровенно скажем, затруднительном положении вопрос, как подготовиться к встрече с землей, остается, к сожалению, до конца не решенным. В журнале War Medicine от 1942 года была опубликована статья на эту тему. В ней говорилось: «В попытке избежать травм большую роль играет распределение нагрузок и их компенсация». Отсюда рекомендация — падать нужно плашмя. С другой стороны, доклад 1963 года, опубликованный Федеральным агентством авиации (FAA), утверждает, что оптимальной для сохранения жизни будет классическая группировка, принятая среди скайдайверов: ноги вместе, колени повыше, голени прижаты к бедрам. В том же источнике отмечено, что выживанию при катастрофе весьма способствует натренированность в таких видах спорта, как борьба или акробатика. При падении на твердые поверхности особенно полезно было бы иметь некоторые навыки в восточных единоборствах.

Японский скайдайвер Ясухиро Кубо тренируется так: выбрасывает из самолета свой парашют, а затем выпрыгивает сам. Затягивая процесс до предела, он догоняет свое снаряжение, надевает и после этого дергает за кольцо. В 2000 году Кубо выпрыгнул на высоте 3 км и провел в свободном падении 50 секунд, пока не догнал ранец со своим парашютом. Все эти полезные навыки можно отрабатывать и в более безопасной обстановке, например в тренажерах свободного падения — вертикальных аэродинамических трубах. Впрочем, тренажеры не позволят вам отработать самый ответственный этап — встречу с землей.

Если вас ждет внизу водная поверхность, готовьтесь к быстрым и решительным действиям. По оставшимся в живых любителям прыгать с высоких мостов можно сделать вывод, что оптимальным был бы вход в воду «солдатиком», то есть ногами вперед. Тогда у вас будут хоть какие-то шансы выбраться на поверхность живым.С другой стороны, знаменитые ныряльщики со скал, оттачивающие свое мастерство неподалеку от Акапулько, считают, что лучше входить в воду головой вперед. При этом руки со сплетенными пальцами они выставляют перед головой, защищая ее от удара. Вы можете выбрать любую из этих поз, но постарайтесь до самой последней секунды сохранять парашютирующую позицию. Затем, над самой водой, если вы предпочтете нырнуть «солдатиком», настоятельно рекомендуем вам изо всех сил напрячь ягодицы. Объяснять, почему, было бы не слишком прилично, но вы наверняка и сами догадаетесь.

Какая бы поверхность вас внизу ни ждала, ни в коем случае не приземляйтесь на голову. Исследователи из Института безопасности дорожного движения пришли к выводу, что в подобных ситуациях основной причиной смерти оказывается черепно-мозговая травма. Если вас все равно несет головой вперед, лучше уж приземляйтесь на лицо. Это безопаснее, чем удар затылком или верхней частью черепа.