Откуда в самолетах на высоте 10 км берется пригодный для дыхания воздух?

Самые высокогорные поселения в мире находятся на высоте около 5000 метров над уровнем моря. Выше люди не живут хотя бы по той причине, что воздух становится слишком разреженным: для долговременного нахождения на большей высоте в атмосфере просто недостаточно кислорода.

Альпинисты начинают активно использовать баллоны с кислородом во время восхождения начиная с высоты ~ 7000 метров. Современные пассажирские самолеты летают ещё выше, однако нехватки кислорода люди на борту не испытывают. Предлагаю разобраться, как решена проблема с воздухом для дыхания в коммерческих авиалайнерах.

Итак, основную часть времени в полете авиалайнеры проводят на высоте около 10 км, это обусловлено экономическими факторами, о которых можно почитать здесь. На данной высоте концентрация кислорода такая же, как и у поверхности земли - около 21%. А вот атмосферное давление составляет всего около ~ 210 мм рт. ст. против среднестатистических 750 мм рт. ст., что считаются нормой на земле. Иными словами, плотность воздуха здесь недостаточная для дыхания, в таких условиях человек может потерять сознание уже через 2 минуты.

Регуляторы в области авиации, такие как FAA, требуют от производителей самолетов, чтобы давление воздуха в салоне авиалайнера во время полета соответствовало атмосферному давлению на высоте не более 2400 метров, то есть не ниже 570 мм рт. ст. Считается, что это та граница, выше которой люди с не самым крепким здоровьем начинают испытывать недомогание.

У современных моделей авиалайнеров давление на борту может превышать и 600 мм рт. ст., однако чем больше разница между давлением внутри и снаружи самолета, тем прочнее, а значит и тяжелее должна быть конструкция планера. Для того чтобы обеспечивать минимальное давление в 580 мм рт. ст. на высоте 10000 метров, салон и кабину пилотов в авиалайнерах стали делать герметичными еще в начале 1940-х годов.

Разумеется, того кислорода, что есть на борту во время взлета, недостаточно для всего перелета, а значит, необходимо было создать систему для "проветривания" салона. Возить с собой баллоны с воздухом слишком накладно, так что пришлось искать способ, как превратить воздух за бортом во что-то подходящее для дыхания. И здесь на выручку пришли реактивные двигатели. Своими вращающимися лопастями они сжимают поступающий воздух (то есть увеличивают давление), что позволяет в последствии эффективнее его сжигать в камерах сгорания.

Для системы вентиляции салона стали отбирать часть воздуха из компрессора, установленного перед двигателем. Этот воздух после сжатия имеет температуру свыше 200°C, а потому сначала его остужают в специальном теплообменнике. Затем воздух подается в систему рециркуляции, а оттуда попадает в салон. Для полноценного проветривания необходимо не только подавать свежий воздух, но и куда-то убирать "старый". Эту задачу решили путем установки выпускного клапана в хвостовой части фюзеляжа.

И всё-таки воздух в самолете нельзя назвать идеальным, ведь его влажность обычно находится около отметки в 20%. Для сравнения, средняя влажность воздуха в Сахаре составляет 25%, а в чилийской пустыне Атакама, которая считается самой "сухой" на Земле - 17%. Столь низкая влажность воздуха в салоне авиалайнера объясняется тем, что разреженный и очень холодный (около -50°C) воздух на высоте 10 км не способен удерживать большое количество влаги, а после нагрева в компрессоре дополнительно высушивается. Впрочем, непосредственно для самолета это только на пользу: низкая влажность препятствует появлению конденсата и следующей за ним коррозии.