Откуда берутся вода и кислород на МКС?

Вода–основа жизни. На нашей планете уж точно. На какой-нибудь «Гамма-Центавра», возможно, всё по-другому. С наступлением эпохи освоения космоса значение воды для человека лишь возросло. От Н2О в космосе зависит очень многое: начиная от работы самой космической станции и заканчивая выработкой кислорода. Первые космические аппараты не имели замкнутой системы «водоснабжения». Вся вода и прочие «расходники» брались на борт изначально, еще с Земли.



Про йод и КА «Апполон», роль туалетов и варианты (UdSSR or USA) утилизации отходов жизнедеятельности на ранних КА я расскажу в другой раз.



В стратостатах «СССР-1» (1933 г.) и «Осоавиахим-1» (1934 г.) системы жизнеобеспечения включали запасы криогенного и газообразного кислорода; последний находился в баллонах под давлением 150 атм. Диоксид углерода удалялся с помощью ХПИ — химического поглотителя известкового в соответствии с реакцией:
Са (ОН)2 + СО2 = Са (СО3) + Н2О
В состав ХПИ входило 95 % Са (ОН)2 и 5 % асбеста.

В ракетах, с помощью которых производилось зондирование ближнего космоса, находилась герметичная кабина с животными, имеющая в своем составе три баллона для смеси воздуха и кислорода. Диоксид углерода, выделяемый животными, удалялся с помощью ХПИ.

Капсула «звездных собак» Белки и Стрелки, в которой они вернулись на Землю:

На борту первых искусственных спутников Земли в состав систем жизнеобеспечения для собак входили некоторые элементы будущих СЖО для космонавтов: устройство для приема пищи, ассенизационное устройство; очистка атмосферы и обеспечение кислородом осуществлялось с помощью надперекисных соединений, которые при поглощении диоксида углерода и паров воды выделяли кислород в соответствии с реакциями:

4КО2 + 2 Н2О = 3О2 + 4 КОН
2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2О
К2 СО3 + Н2О + СО2 = 2 КНСО3

2. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ ТИПА «БИОН» И «ФОТОН»

Биологические спутники Земли-автоматические космические аппараты «БИОН» и «ФОТОН» предназначены для исследований влияния факторов космического полета (невесомость, радиация и др.) на организм животных.

Примечательно, что Россия - по сути - единственная страна в мире, имеющая автоматические космические аппараты для исследований на биологических объектах. Другие страны вынуждены посылать животных в Космос на наших аппаратах.



В разные годы научными руководителями программы «БИОН» были О.Г. Газенко и Е.А. Ильин. В настоящее время научным руководителем программы «БИОН» является О.И. Орлов, заместителями — Е.А. Ильин и Е.Н. Ярманова.

Биологический спутник «БИОН» снабжен системами водообеспечения и кормления животных, системой термовлагорегулирования, системой «день-ночь», системой обеспечения газового состава и др.



Основываясь на нормах потребления основных компонентов СЖО, полученных в результате многолетней практики длительных орбитальных полетов на станциях типа «САЛЮТ», «МИР» и «МКС» (кислород — 0,96 кг/чел.сут., питьевая вода — 2,5 кг/чел.сут., пища — 1,75 кг/чел.сут. и т.д.), легко подсчитать, что необходимая масса запасов для экипажа, состоящего из 6 — и человек в условиях 500-суточного полета без учета массы тары и систем хранения составило бы величину более 58 тонн (см.табл.). В случае использования систем жизнеобеспечения, основанных на запасах расходных материалов, понадобилось бы создание систем хранения продуктов жизнедеятельности космонавтов: фекалий, мочи, конденсата атмосферной влаги, использованных санитарно-гигиенических и кухонных вод и т.д.

Что по факту трудно реализуемо или вообще неосуществимо (полёт к Марсу, например).

В 1967-1968 годах в Институте медико-биологических проблем МЗ СССР был проведен уникальный годовой медико-технический эксперимент с участием трех испытателей: Г.А. Мановцева, А.Н. Божко и Б.Н. Улыбышева. В гермокамерном эксперименте, длившемся 365 суток, проходила медико-биологическая и техническая оценка нового комплекса регенерационных систем жизнеобеспечения.



Расчёт для "Марсианина":

На МКС цеолитовые поглотители системы «Воздух» захватывают углекислый газ (CO2) и высвобождают его в забортное пространство. Теряемый в составе CO2 кислород восполняется за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Водород сейчас стравливают за борт, но в перспективе он поможет превращать CO2 в ценную воду и выбрасываемый метан (CH4). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.
[
center][/center]

На фото: кислородный генератор и тренажер для бега на МКС, которые вышли из строя в 2011.

На фото: астронавты налаживают систему дегазации жидкостей для биологических экспериментов в условиях микрогравитации в лаборатории «Дестини».

Санузел на космической станции выглядит так:

В служебном модуле МКС введены и функционируют системы очистки «Воздух» и БМП, усовершенствованные системы регенерации воды из конденсата СРВ-К2М и генерации кислорода «Электрон-ВМ», а также система приема и консервации урины СПК-УМ. Производительность усовершенствованных систем увеличена более чем в 2 раза (обеспечивает жизнедеятельность экипажа до 6 человек), а энерго- и массозатраты снижены. За пятилетний период (данные на 2006 г.) их эксплуатации регенерировано 6,8 тонны воды 2,8 тонны кислорода, что позволило уменьшить массу доставляемых на станцию грузов более, чем на 11 тонн. Задержка с включением в состав комплекса СЖО системы регенерации воды из урины СРВ-УМ не позволила осуществить регенерацию 7 тонн воды и уменьшить массу доставки.

«Второй фронт» — американцы

Техническая вода из американского аппарата ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.



По этой схеме продукты жизнедеятельности сжигаются с образованием диоксида углерода, из которого в результате гидрирования образуется метан (реакция Сабатье). Метан может быть трансформирован в формальдегид, из которого в результате реакции поликонденсации (реакция Бутлерова) образуются углеводы-моносахариды.

Однако полученные углеводы-моносахариды представляли собой смесь рацематов — тетроз, пентоз, гексоз, гептоз, не обладающих оптической активностью.

Прим. Я даже пужаюсь подумать о возможности покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в смысл этих терминов.

Современные СЖО после их соответствующей модернизации могут быть положены в основу создания СЖО, необходимых для освоения дальнего космоса. Комплекс СЖО позволит обеспечить практически полное воспроизводство воды и кислорода на станции и может являться основой комплексов СЖО для намечаемых полетов к Марсу и организации базы на Луне.




Большое внимание уделяется созданию систем, обеспечивающих наиболее полный круговорот веществ. С этой целью, вероятнее всего, будут использовать процесс гидрирования диоксида углерода по реакции Сабатье или Боша-Будуара, которые позволят реализовать круговорот по кислороду и воде:

В случае экзобиологического запрета выброса СН4 в вакуум космического пространства метан может быть трансформирован в формальдегид и нелетучие углеводы-моносахариды по следующим реакциям:


Хочется отметить, что источниками загрязнения среды обитания на орбитальных станциях и при длительных межпланетных перелётах являются:
— конструкционные материалы интерьера (полимерные синтетические материалы, лаки, краски);
— человек (при перспирации, транспирации, с кишечными газами, при санитарно-гигиенических мероприятиях, медицинских обследованиях и др.);
— работающая электронная аппаратура;
— звенья систем жизнеобеспечения (ассенизационное устройство-АСУ, кухня, сауна, душ);
и многое другое.

Очевидно, что потребуется создание автоматической системы оперативного контроля и управления качеством среды обитания. Некая АСОКУКСО?
Ой не зря в Бауманке специальность по СЖО КА (Э4.*) называлась студентами:

ЖОПА

…
Что расшифровывалось, как:
ЖизнеОбеспечение Пилотируемых Аппаратов
Полная, так сказать, если пытаться вникать.



Окончание: может я не всё учел и где-то перепутал факты, цифры. Тогда дополняйте, поправляйте и критикуйте.

На это «словоблудие» меня подтолкнула интересная публикация: "Овощи для астронавтов: как растят свежую зелень в лабораториях НАСА", которую приволокло для обсуждения моё младшее чадо.

Мой отпрыск сегодня в школе начал сколачивание «исследовательской группы-банды» для выращивания пекинского салата в старой микроволновке. Вероятно, решили себя обеспечить зеленью при путешествии на Марс. Старую микроволновку придётся покупать на AVITO, т.к. мои пока все функционируют. Не ломать ведь специально?




Как я и обещал marks@marks, если что-то выйдет - фотки и результат скину на ГИК. Выращенный салат могу послать почтой РФ желающим, за отдельную плату, конечно.

Первоисточники:
АКТОВАЯ РЕЧЬ доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯКА (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008.Основная часть текста.
«Живая наука» (http://livescience.ru)-Регенерация воды на МКС.
АО «НИИхиммаш» (www.niichimmash.ru). Публикации сотрудников АО «НИИхиммаш».
Интернет-магазин «Еда космонавтов»
Использованы фото, видео и документы:
www.geektimes.ru/post/235877 (Филипп Терехов@lozga)
www.gctc.ru
www.bezformata.ru
www.vesvks.ru
www.epizodsspace.no-ip.org
www.techcult.ru
www.membrana.ru
www.yaplakal.com
www.авиару.рф
www.fotostrana.ru
www.wikipedia.org
www.fishki.net
www.spb.kp.ru
www.nasa.gov
www.heroicrelics.org
www.marshallcenter.org
www.prostislav1.livejournal.com/70287.html
www.liveinternet.ru/users/carminaboo/post124427371
www.files.polkrf.ru
Большая советская энциклопедия (www.bse.uaio.ru)
www.vokrugsveta.ru