Очищення та регенерація повітря в космосі

У найфантастичніших уявленнях людина зможе благополучно жити далеко від своєї планети. Але для цього йому потрібно бути незалежним від поставок всього найнеобхіднішого із Землі, у тому числі й повітря. Два найважливіші процеси на Міжнародній космічній станції (МКС) постійно діють збільшення терміну життя космонавтів на орбіті — це очищення і відновлення повітряної суміші. А якісне покращення обладнання для цього наближають нас до автономності у космосі. Сьогодні я, провідний екскурсовод Центру «Космонавтика та авіація» Тетяна Ревунова, розповім вам про це.

Будинок на орбіті, місія МКС-67

Космічні станції - це будинки на орбіті, де космонавти працюють протягом тривалих періодів часу. Однією з основних проблем, з якими стикаються на станціях, є необхідність постійно оновлювати повітря.

Природного повітря на орбітальній станції (ОС) немає, тому його привозять із Землі. Як відомо, повітряна суміш, до якої звик наш організм, містить близько 21% кисню, 78% азоту та 1% інших газів. До того ж, людина видихає вуглекислий газ, який може накопичуватися на станції, якщо не буде видалено вчасно. Крім того, на станціях може бути безліч інших шкідливих речовин, таких як аміак, які можуть накопичуватися.

Системи регенерації повітря на космічних станціях працюють за принципом видалення вуглекислого газу та заповнення кисню. Це відбувається за допомогою спеціальних систем фільтрації повітря. Процес може бути описаний у наступних кроках:

• Космонавти видихають вуглекислий газ.
• Система фільтрації збирає вуглекислий газ та переробляє його в кисень.
• Система фільтрації видаляє інші шкідливі речовини із повітря.
• Очищене повітря повертається на станцію.

Сама ідея регенерації повітря дуже проста — зібрати вуглекислий газ, що видихається людиною, разом з іншими шкідливими продуктами і перетворити його на кисень та інші корисні гази, щоб знову забезпечити екіпаж атмосферою для дихання. Ось як це працює на космічних станціях:

• Першим кроком у процесі регенерації є збір повітря, що видихається. Для цього використовується система вентиляції, яка постійно переміщує повітря станцією. Ця система збирає повітря, що видихається, і направляє його в спеціальний вузол.
• На наступному етапі повітря, що видихається, проходить через фільтри. Вони видаляють з повітря шкідливі продукти та відходи, такі як вуглекислий газ, водень та азот. Після роботи фільтрів виходить повітря, що складається переважно з кисню та води.
• Наступним кроком у процесі регенерації є розкладання води на кисень та водень. Це завдання виконується за допомогою спеціальних електролізерів, які використовують електрику для розщеплення молекул води на кисень та водень.
• І, нарешті, отриманий кисень прямує назад у систему вентиляції, щоб знову забезпечити екіпаж атмосферою для дихання екіпажу.

До складу системи забезпечення життєдіяльності (СОЖ) МКС включено підсистему забезпечення газового складу (СОГС). До неї входять: засоби контролю та регулювання атмосферного тиску, засоби вирівнювання тиску, апаратура розгерметизації та наддуву перехідного відсіку (ПХО), газоаналітична апаратура, блок очищення атмосфери від мікродомішок (БМП), система видалення вуглекислого газу з атмосфери «Повітря», .

Система очищення атмосфери від мікродомішок (БМП)

Складовою частиною СОГС є засоби киснезабезпечення, що включають твердопаливні джерела кисню (ТІК) та систему отримання кисню з води «Електрон-ВМ».

Космонавти з блоками "Електрон-ВМ"

На МКС цеолітові поглиначі системи "Повітря" захоплюють вуглекислий газ (CO₂) і вивільняють їх у забортний простір. Втрачений у складі CO₂ кисень заповнюється за рахунок електролізу води (розкладання її на водень та кисень). Цим на МКС займається система «Електрон», яка витрачає 1 кг води на особу на добу. Водень зараз стравлюють за борт, але в перспективі він допоможе перетворювати CO₂ в цінну воду і метан, що викидається (CH₄). І звичайно, про всяк випадок на борту є кисневі шашки та балони.

Принцип роботи наступної частини системи СОГС полягає в адсорбції (поглинанні) вуглекислого газу з подальшою регенерацією вакуумної регенерацією поглинальних патронів.

Для забезпечення мікробіологічної безпеки та зниження рівня мікробної обсіменіння (грибки, алергени та віруси) у космосі життєво необхідно цілодобово застосовувати обладнання знезараження повітря.

Схема дії знезараження повітря «Потік»

На космічних об'єктах, що пілотуються, діють регенераційні системи життєзабезпечення, забезпечуючи тривале перебування космонавтів на МКС і під час польоту на кораблі «Союз».

А на екскурсіях Центру «Космонавтика та авіація» ви можете ще більше дізнатися про умови життя космонавтів на орбітальних станціях!

Як видобувають кисень у космосі

Прямо зараз на висоті 408 кілометрів над Землею працює Міжнародна космічна станція.Усередині неї, понад двадцять років, працюють групи астронавтів із різних країн, регулярно змінюючи одне одного. Всі вони постійно потребують трьох основних для будь-якого життя речей: води, їжі та повітря. З їжею все зрозуміло — вона поставляється у вантажних кораблях, і екіпаж може їсти рисову кашу, суп із печериць, сир та безліч інших смачних та поживних продуктів. А як у космосі можна видобути кисень та воду, якщо врахувати, що їх у вантажних кораблях майже не доставляють? Ці два життєво важливі елементи тісно взаємопов'язані та виробляються за допомогою спеціального обладнання. Зараз ми коротко розберемося, як це все працює.

У космонавтів немає проблем із киснем у космосі — все передбачено

Звідки береться кисень на МКС

За вироблення кисню на космічній станції відповідає російська система "Електрон-ВМ", яка була розроблена "НДІхіммаш". Вона працює на МКС з першого дня її існування і виробляє кисень за рахунок електролізу води. Загалом, система працює дуже просто: у спеціальну ємність надходить вода і через неї пропускається електричний струм, внаслідок чого рідина розпадається на молекули кисню та водню.

За одну годину роботи, система може виробляти до 160 літрів кисню та 320 літрів водню. Щоб забезпечити одну людину добовою дозою кисню, потрібно близько 1 літра води. За якістю кисень, що отримується, відповідає всім вимогам на медичний кисень, тому безпечний для людей і залишається на борту. А водень, принаймні сьогодні, випускається у відкритий космос, але в майбутньому з нього сподіваються також витягувати щось корисне.

При виробництві кисню з води водень опиняється за бортом МКС

Перша система генерації повітря "Електрон-ВМ" знаходиться у службовому модулі "Зірка". У липні на МКС запрацювала друга система, яка розміщена в новому модулі «Наука». Вважається, що обидві системи повністю взаємозамінні та можуть забезпечувати екіпаж станції повітрям під час технічного обслуговування однієї з них.

Система "Електрон-ВМ" дійсно іноді ламається. Наприклад, така ситуація сталася у 2020 році, але поломку вдалося швидко усунути. В екстрених випадках екіпаж космічної станції може отримати кисень із балонів — все вже заздалегідь передбачено.

Звідки береться вода на МКС

Вода доставляється на МКС на вантажних кораблях, але це дуже рідко. На станції є система, яка дозволяє максимально заощаджувати воду за рахунок її багаторазової переробки. Коли члени екіпажу миються, використана вода не йде в порожнечу - вона накопичується в спеціальному відсіку і ретельно очищається, щоб її можна було використовувати повторно, навіть для пиття.

Як космонавти приймають душ на МКС

Більше того, існує апаратура, яка здатна виділити воду з відходів життєдіяльності, тобто сечу можна очистити та заповнити запаси води. За розрахунками кожен член екіпажу МКС щодня виділяє до 2,5 літрів рідини.

На МКС кілька туалетів. Так виглядає санвузол у модулі «Спокій»

Нарешті, деяку кількість води можна витягти з повітря, тому що повітря на МКС також має певний рівень вологості.

Усього для повноцінного функціонування МКС потрібно близько 9 літрів води на рік. Приблизно 93% використаної води використовується повторно, тому доставляти воду на станцію потрібно не так часто, що суттєво економить гроші.Одержувана вода, зокрема, використовується отримання кисню згаданим вище способом.

Як видобувають кисень на Марсі

Варто зазначити, що в майбутньому люди хочуть полетіти на Місяць і Марс, і там теж треба якимось чином добувати кисень — транспортування балонів у такі дальні коштуватиме неймовірні гроші. Розробка технологій для видобутку кисню інших планетах вже активно ведеться. У 2021 році вдалий експеримент у цьому напрямі зробив марсохід Perseverance.

Він використовував апарат MOXIE, який схожий на маленьку коробочку та перетворює вуглекислий газ на кисень. Досвідченим шляхом було доведено, що інструмент здатний виробляти 5,4 г кисню на годину. Це невеликий, але зараз дуже добрий результат. Докладніше про роботу MOXIE ви можете прочитати в цьому матеріалі.

Бажаєте розширити свій кругозір? Читайте інші наші матеріали, передплативши Дзен-канал.

А якщо ви хочете поспілкуватися на тему науки та технологій, але вам нема з ким, вступайте в наш Telegram-чат — там ви обов'язково знайдете цікавих співрозмовників.

Росіянам розповіли, як космонавти отримують кисень на орбіті

На Міжнародній космічній станції (МКС) кожен член екіпажу щодня використовує близько 600 літрів кисню. Головне джерело кисню на російському сегменті станції — система «Електрон» та запаси, що постачаються вантажними кораблями «Прогрес».

Система «Електрон» використовує електрохімічне розкладання води на кисень та водень. Після модернізації системи її продуктивність збільшилася вдвічі. Кисень, що виробляється системою, проходить каталітичне очищення та відповідає медичним стандартам. Кожен вантажний корабель «Прогрес» доставляє на станцію стиснене повітря чи кисень у балонах високого тиску. Рівень кисню постійно контролюється газоаналізаторами, щоб забезпечити безпеку екіпажу.