Откуда берутся вода и кислород на МКС? Мкс вода


Регенерация воды на МКС

Вода – это жизнь. Этой мысли тысячи лет, а она до сих пор не утратила своей актуальности.  С наступлением космической эры, значение воды лишь возросло, так как от воды в космосе зависит буквально все, начиная от работы самой космической станции и заканчивая выработкой кислорода. Первые космические полеты не имели замкнутой системы «водоснабжения». То есть, вся вода бралась на борт изначально, еще с Земли. Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и в этой статье вы узнаете подробности.

Откуда берется вода на МКС

Регенерация воды – это повторное получение воды. Отсюда нужно сделать самый главный вывод, что первоначально вода на МКС доставляется с Земли. Невозможно регенерировать воду, если изначально ее не доставить с Земли. Сам процесс регенерации снижает расходы на космические полеты, и делает систему МКС менее зависимой от наземных служб.

Вода, доставляемая с Земли используется на МКС многократно. Сейчас на МКС используется несколько способов регенерации воды:

  • Конденсация влаги из воздуха;
  • Очистка использованной воды;
  • Переработка урины и твердых отходов;

На МКС установлена специальная аппаратура, которая конденсирует влагу из воздуха. Влага в воздухе – это естественно, она есть и в космосе и на Земле. В процессе жизнедеятельности космонавты могут выделять до 2,5 литров жидкости в сутки. Кроме этого, на МКС есть специальные фильтры, для очистки использованной воды. Но учитывая то, как моются космонавты, бытовой расход воды значительно отличается от земного. Переработка урины и твердых отходов – это новая разработка, примененная на МКС лишь с 2010-ого года.

На данный момент, для функционирования МКС требуется около 9000 литров воды в год. Это общая цифра, отражающая все расходы. Вода на МКС регенерируется примерно на 93%, поэтому объемы поставок воды на МКС существенно ниже. Но не стоит забывать, что с каждым полным циклом использования воды, ее общий объем уменьшается на 7%, что делает МКС зависимой от поставок с Земли.

С 29 мая 2009-ого количество членов экипажа возросло вдвое – с 3 до 6 человек. Вместе с этим возрос и расход воды, но современные технологии позволили увеличить численность космонавтов на МКС.

Вода в космосе на МКС

Регенерация воды в космосе

Когда речь заходит про космос, важно учитывать энергозатраты, или как их называют в профессиональной сфере – массозатраты, для производства воды. Первый полноценный аппарат регенерации воды появился на станции «Мир»,  и за все время существования он позволил «сэкономить» 58650 кг доставляемых грузов с Земли.  Вспоминая, что доставка 1 кг груза стоит около 5-6 тысяч долларов США, первая полноценная система регенерации воды позволила снизить расходы примерно на 300 млн долларов США.  

Современные российские системы регенерации воды - СРВ-К2М и Электрон-ВМ позволяют обеспечить космонавтов на МКС водой на 63%. Биохимический анализ показал, что регенерированная вода не утрачивает своих исходных свойств, и полностью пригодна для питья. В настоящий момент, российские ученые работают над созданием более замкнутой системы, что позволит обеспечить космонавтов водой на 95%. Существуют перспективы развития систем очистки, которые обеспечат на 100% замкнутый цикл.

Американская система регенерации воды – ECLSS, была разработана в 2008-ом году. Она позволяет не только собрать влагу из воздуха, но и регенерировать воду из мочи и твердых отходов. Несмотря на серьезные проблемы и частые поломки на протяжении первых двух лет эксплуатации, сегодня ECLSS позволяет восстановить 100% влаги из воздуха и 85% влаги из мочи и твердых отходов. В результате, на МКС появился современный аппарат, позволяющий восстановить до 93% первоначального объема воды.

Очистка воды 

Ключевым моментом в регенерации является очистка воды. В очистительные системы собирается любая вода – оставшаяся от приготовления пищи, грязная вода от мытья и даже пот космонавтов. Все эта вода собирается в специальный дистиллятор, визуально похожий на бочку. При очистке воды необходимо создать искусственную гравитацию, для этого дистиллятор вращается, при этом грязная вода прогоняется через фильтры. В результате получается чистая питьевая вода, которая по своим качествам даже превосходит питьевую воду во многих уголках Земли.

На последнем этапе в воду добавляется йод. Этот химический препарат позволяет предотвратить размножение микробов и бактерий, а также является необходимым элементом для здоровья космонавтов. Любопытный факт, что на Земле йодированная вода считается слишком дорогим удовольствием для массового применения, и вместо йода используется хлор. От использования хлора на МКС отказались по причине агрессивности данного элемента, и большей пользы от йода.

Потребление воды в космосе

Для обеспечения жизнедеятельности космонавтов требуется колоссальное количество воды. Если бы к нашим дням не наладили систему регенерации воды, то космические исследования, наверняка, застряли бы в прошлом. Учитывая расход воды в космосе используются следующие данные в расчёте на 1 человека в сутки:

  • 2,2 литра – питье и приготовление пищи;
  • 0,2 литра – гигиена;
  • 0,3 литра – смыв туалета;

Потребление воды для питья и пищи практически соотсветвует земным нормам. Гигиена и туалет – намного меньше, хотя все это поддается переработке и повторному использованию, но это требует энергетических затрат, так что расходы были также снижены. Любопытный факт, что если на российского космонавта в день приходится 2,7 литра воды, то на американских астронавтов выделено примерно 3,6 литра. Американская миссия продолжает получать воду с Земли, впрочем как и российские космонавты. Но в отличие от российской миссии, американцы получают воду в небольших пластиковых пакетах, а наши космонавты в 22 литровых бочонках.

Использование переработанной воды

Обыватель может предположить, что космонавты на МКС пьют воду, переработанную из собственной урины и твердых отходов. На деле же это не так, для питья и приготовления пищи космонавты используют чистую родниковую воду, доставленную с Земли. Вода дополнительно проходит серебряные фильтры, и доставляется на МКС российским грузовым космическим кораблем «Прогресс».

Питьевая вода поставляется в 22 литровых бочках. Воду, полученную путем переработки урины и твёрдых отходов используют для технических нужд. Например, вода необходима для работы катализаторов и для работы системы выработки кислорода. Условно говоря, космонавты «дышат уриной», а не пьют ее.

В начале 2010-ого года в СМИ появилась информация, что из-за поломки в системе регенерации воды на МКС, у американских астронавтов заканчивается питьевая вода. Владимир Соловьев, руководитель полета российского сегмента МКС, рассказал журналистам, что экипаж МКС никогда не пил воду, получаемую путем регенерации из урины. Поэтому поломка американской системы переработки урины, которая действительно была на тот момент, не повлияла на количество питьевой воды. Примечательно, что американская система дважды выходила из строя по одной и той же причине, и лишь на второй раз удалось установить истинную причину проблемы. Оказалось, что из-за влияния космических условий, в моче астронавтов сильно повышается кальций. Фильтры для переработки урины, разработанные на Земле,  не были рассчитаны на такой биохимический состав мочи, и поэтому быстро приходили в негодность.

Андрей Борисенко, Александр Самокутяев и Сергей Волков с тремя блоками «Электрон-ВМ»

Андрей Борисенко, Александр Самокутяев и Сергей Волков с тремя блоками «Электрон-ВМ»

Производство кислорода из воды

Советские, а затем и российские ученые, задают темп в вопросе производства кислорода из воды. И если в вопросе регенерации воды американские коллеги немного перегнали российских ученых, то в вопросе выработки кислорода, наши уверено держат пальму первенства. Даже сегодня, 20-30% переработанной воды из американского сектора МКС идет в российские аппараты по производству кислорода. Регенерация воды в космосе тесно связана с регенерацией кислорода.

Первые аппараты по производству кислорода из воды были установлены еще на аппаратах «Салют» и «Мир». Процесс производства максимально прост – специальные приборы конденсируют влагу из воздуха, а затем путем электролиза из этой воды производят кислород. Электролиз - пропускание тока через воду, является хорошо отработанной схемой, которая надежно обеспечивает космонавтов кислородом.  

Сегодня к конденсируемой влаге добавился еще один источник воды – переработанная урина и твердые отходы, позволяющие получить техническую воду. Техническая вода из американский аппарата ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.

Ученые бьются над решением задачи – 100% замкнутый цикл для полного обеспечения космонавтов водой и кислородом. Одна из самых перспективных разработок – получение воды из углекислого газа. Этот газ является продуктом дыхания человека, и в настоящее время этот «продукт» жизнедеятельности космонавтов практически не используется.

Французский химик – Поль Саботье, открыл удивительный эффект, благодаря которому из реакции водорода и диоксида углерода можно получить воду и метан. Нынешний процесс производства кислорода на МКС связан с выделением водорода, но его просто выбрасывают в открытый космос, так как не находят ему применения. Если ученым удастся наладить эффективную систему по переработке углекислого газа, то удастся достичь практически 100% замкнутости системы, и найти эффективное применение водороду.

Реакция Боша, является не менее перспективной в вопросах получения воды и кислорода, но эта реакция требует крайне высоких температур, поэтому за процессом Саботье многие эксперты видят больше перспектив.

Онлайн трансляция с веб камеры МКС

Интересуетесь бытом и устройством МКС? На нашем сайте вы всегда можете бесплатно посмотреть круглосуточную онлайн трансляцию с веб камеры МКС. 

xn----7sbbiahg7bskjbd0bu.xn--p1ai

Откуда берутся вода и кислород на МКС? / Geektimes

image

Гимн 13 отдела.

Не космонавты мы, не летчики, Не инженеры, не врачи. А мы водо-водопроводчики:Мы гоним воду из мочи! И не факиры, братцы, вроде мы, Но, не бахвалясь, говорим: Круговорот воды в природе мы В системе нашей повторим! Наука наша очень точная. Вы только дайте мысли ход. Мы перегоним воды сточные На запеканки и компот! Проехав все дороги Млечные, Не похудеешь вместе с тем При полном самообеспеченьи Наших космических систем. Ведь даже торты превосходные, Люля кебаб и калачи В конечном счете — из исходного Материала и мочи! Не откажите ж, по возможности, Когда мы просим по утрам Наполнить колбу в общей сложности Хотя бы каждый по сто грамм! Должны по-дружески признаться мы, Что с нами выгодно дружить: Ведь без утили-тилизации На белом свете не прожить!!!
(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)image

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» бралась на борт изначально, еще с Земли.

image

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», — поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла.

image

Если сформулировать кратко: системы жизнеобеспечения космонавтов и астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с родной планеты.

image

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

imageНа фото: портативная система жизнеобеспечения экипажа «Аполлон-15», 1968 г.

Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки. – Потребность в удалении отходов? Господи… Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы. «Звёзды — холодные игрушки», С.Лукьяненко

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).

image

В соответствии с ГОСТ 28040-89 (даже не знаю действует ли он ещё)" Система жизнеобеспечения космонавта в пилотируемом космическом аппарате"-СЖО космонавта-это «Совокупность функционально взаимосвязанных средств и мероприятий, предназначенных для создания в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата условий, обеспечивающих поддержание энергомассообмена организма космонавта с окружающей средой на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и работоспособности». В состав СЖО космонавта входят следующие системы:

*СОГС — система обеспечения газового состава, *СВО — система водообеспечения, *ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения, *СОП — система обеспечения питанием, *СОТР — система обеспечения теплового режима. Можно гордиться. Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS:«Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода». Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Первому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).

image

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

image В состав ХПИ входит 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.

imageНа фото: 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 КНСО32. 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.

image

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.

image

Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате.

Состав:

— патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей; — патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей; — электровентиляторов; — датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов; — газоанализатора; — блока управления и контроля.

Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.

Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.

Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.

Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать. Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ»

Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.

4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»

Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции.

В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек:

image

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 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.

imageimage

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода, система очистки атмосферы от вредных микропримесей, система генерирования кислорода, система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей, санитарно-гигиеническое оборудование, оранжерея, система контрольно-измерительной аппаратуры. Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».

Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А.Губарева и Г.М.Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков. Система работала в течение всего пилотируемого полёта станции. Аналогичные системы типа «СРВ-К» работали на станциях «Салют-6», «Салют-7», «МИР».

imageПрим. от 28.02.17: спасибо за помощь в правке и познании этимологии artyums

Отступление: 20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».

image

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане.

Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации например орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:

«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги, «СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины), «СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины), «Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды, «Воздух» — система удаления диоксида углерода, «БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.

image

Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).

image

В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы. Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.

→ Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.

Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.

imageimage

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 (Ch5). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.

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

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

imageНа фото: Сергей Крикалёв с устройством электролиза воды «Электрон»

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.

imageСанузел 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.

image

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 аппарат ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.

image

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача: «Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, — объясняет Карраскилло, — Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы». Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.

Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», — поясняет Карраскилло.

Перспективы: Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:

image

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 боюсь покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в их смысл.

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.

image

image

image

image

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:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О СО2 + 2Н2 = С + 2Н2О В случае экзобиологического запрета выброса СН4 в вакуум космического пространства метан может быть трансформирован в формальдегид и нелетучие углеводы-моносахариды по следующим реакциям:СН4 + О2 = СН2О + Н2О поликонденсация nСН2О — ? (СН2О)n Са (ОН)2 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 называлась студентами: ЖОПА…

Что расшифровывалось, как:

ЖизнеОбеспечение Пилотируемых Аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.

image

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.

Мой младший 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?

imageПрим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал [email protected], 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, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда «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:

geektimes.com

Регенерация воды на МКС.

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», - поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла. Вкратце, системы жизнеобеспечения астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с Земли, что частично верно и сегодня для Международной космической станции (МКС).

Однако для продолжительных миссий на Луну или Марс появляется смысл в том, чтобы замкнуть систему – то есть перерабатывать воздух и грязную воду, вместо того чтобы выбрасывать их. В ближайшее время на МКС будут проводиться испытания такой системы регенерации. Название проекта – Системы контроля среды и жизнеобеспечения (Environmental Control and Life Support Systems), более известное под аббревиатурой ECLSS. Роберт Багдижян является руководителем данного проекта.

система регенерации воды ECLSS

Система регенерации воды ECLSS

«Русские опередили нас в этой области, - говорит Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS, - Ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду – для производства кислорода». Разработанная в NASA система ECLSS будет запущена на МКС в 2008 году и пойдёт в вопросах регенерации ещё дальше – она способна получать питьевую воду не только из испарений, но и из мочи.

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача: «Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, - объясняет Карраскилло, - Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы». Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.

Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», - поясняет Карраскилло.

Более того, в микрогравитации космического аппарата человеческие волосы, частицы кожи, пух и другие примеси взвешены в воздухе и не падают на пол. В связи с этим необходима внушительная система фильтрации. В конце процесса очистки в воду добавляется йод для замедления роста микробов (хлор, используемый для очистки воды на Земле, слишком химически активен и опасен для хранения в условиях космоса).

Система регенеративного восстановления воды для МКС, имея вес около полутора тонн, будет «…производить полгаллона воды в час, что больше, чем потребности команды из трёх человек, - заявляет Карраскилло, - Это позволит космической станции непрерывно поддерживать жизнедеятельность шести астронавтов». Система разработана для производства питьевой воды «…стандарты чистоты которой выше большинства муниципальных водопроводных систем на Земле», - добавил Багдижян.

В добавление к производству питьевой воды для экипажа, система восстановления воды будет снабжать водой другую часть ECLSS: систему генерации кислорода (oxygen generation system, OGS). Принцип действия OGS – электролиз. Молекулы воды расщепляются на кислород, необходимый для дыхания, и водород, который выводится из космического аппарата. «Цикл производства воздуха требует достаточно чистую воду, чтобы электролизные камеры не засорялись», - подчёркивает Багдижян.

«Регенерация гораздо более эффективна, чем пополнение запасов станции с Земли», - заявляет Карраскилло, особенно после того, как закончится срок эксплуатации Шаттлов в 2010 году. Восполнение 93% грязной воды впечатляет, однако для многомесячных и многолетних миссий к Луне и Марсу, последующие версии системы ECLSS должны достигать эффективности, близкой к 100%. В таком случае астронавты будут готовы к выживанию в условиях нашей «Дюны».

science.nasa.gov

livescience.ru

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» бралась на борт изначально, еще с Земли.

Гимн 13 отдела.

## Не космонавты мы, не летчики,Не инженеры, не врачи.А мы водо-водопроводчики:Мы гоним воду из мочи!И не факиры, братцы, вроде мы,Но, не бахвалясь, говорим:Круговорот воды в природе мыВ системе нашей повторим!Наука наша очень точная.Вы только дайте мысли ход.Мы перегоним воды сточныеНа запеканки и компот!Проехав все дороги Млечные,Не похудеешь вместе с темПри полном самообеспеченьиНаших космических систем.Ведь даже торты превосходные,Люля кебаб и калачиВ конечном счете — из исходногоМатериала и мочи!Не откажите ж, по возможности,Когда мы просим по утрамНаполнить колбу в общей сложностиХотя бы каждый по сто грамм!Должны по-дружески признаться мы,Что с нами выгодно дружить:Ведь без утили-тилизацииНа белом свете не прожить!!!

(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», — поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла.

Если сформулировать кратко: системы жизнеобеспечения космонавтов и астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с родной планеты.

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

На фото: портативная система жизнеобеспечения экипажа «Аполлон-15», 1968 г.

*Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки.

  • Потребность в удалении отходов?

Господи…Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы.*

«Звёзды — холодные игрушки», С.Лукьяненко

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).

В соответствии с ГОСТ 28040–89 (даже не знаю действует ли он ещё)" Система жизнеобеспечения космонавта в пилотируемом космическом аппарате"- СЖО космонавта – это «Совокупность функционально взаимосвязанных средств и мероприятий, предназначенных для создания в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата условий, обеспечивающих поддержание энергомассообмена организма космонавта с окружающей средой на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и работоспособности». В состав СЖО космонавта входят следующие системы:

*СОГС — система обеспечения газового состава,*СВО — система водообеспечения,*ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения,*СОП — система обеспечения питанием,*СОТР — система обеспечения теплового режима.

Можно гордиться. Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS:

«Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода».

Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Первому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).

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 входит 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.

На фото: 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 КОН2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2ОК2 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.

Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате.

Состав:

— патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей; — патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей; — электровентиляторов; — датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов; — газоанализатора; — блока управления и контроля.

Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0–4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.

Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.

Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.

Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.

Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ»

Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.

4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»

Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции.

В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек:

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 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.

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода, система очистки атмосферы от вредных микропримесей, система генерирования кислорода, система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей, санитарно-гигиеническое оборудование, оранжерея, система контрольно-измерительной аппаратуры.

Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».

Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А.Губарева и Г.М.Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков. Система работала в течение всего пилотируемого полёта станции. Аналогичные системы типа «СРВ-К» работали на станциях «Салют-6», «Салют-7», «МИР».

Прим. от 28.02.17: спасибо за помощь в правке и познании этимологии artyums

Отступление:

20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане.

Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации например орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:

«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги,«СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины),«СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины),«Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды,«Воздух» — система удаления диоксида углерода,«БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.

Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).

В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы. Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.

→ Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.

Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.

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 (Ch5). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.

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».

На фото: Сергей Крикалёв с устройством электролиза воды «Электрон»

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.

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 аппарат ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача:

«Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, — объясняет Карраскилло, — Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы».*

Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.

Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», — поясняет Карраскилло.

Перспективы:

Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:

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 боюсь покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в их смысл.

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:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2ОСО2 + 2Н2 = С + 2Н2О

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

СН4 + О2 = СН2О + Н2ОполиконденсацияnСН2О — ? (СН2О)nСа (ОН)2

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 называлась студентами: ЖОПА…

Что расшифровывалось, как:

ЖизнеОбеспечение Пилотируемых Аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.

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.

Мой младший 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?

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал [email protected], 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, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ(Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда«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:

Системы жизнеобеспечения с полной замкнутостью потоков вещества — презентация онлайнwww.geektimes.ru/post/235877 (Филипп Терехов@lozga)www.gctc.ruwww.bezformata.ruwww.vesvks.ruwww.epizodsspace.no-ip.orgwww.techcult.ruwww.membrana.ruwww.yaplakal.comwww.авиару.рфwww.fotostrana.ruwww.wikipedia.orgwww.fishki.netwww.spb.kp.ruwww.nasa.govwww.heroicrelics.orgwww.marshallcenter.orgwww.prostislav1.livejournal.com/70287.htmlwww.liveinternet.ru/users/carminaboo/post124427371www.files.polkrf.ruБольшая советская энциклопедия (www.bse.uaio.ru)www.vokrugsveta.ru

www.nanonewsnet.ru

Откуда берутся вода и кислород на МКС?

image

Гимн 13 отдела.

Не космонавты мы, не летчики,Не инженеры, не врачи.А мы водо-водопроводчики:Мы гоним воду из мочи!И не факиры, братцы, вроде мы,Но, не бахвалясь, говорим:Круговорот воды в природе мыВ системе нашей повторим!Наука наша очень точная. Вы только дайте мысли ход.Мы перегоним воды сточные На запеканки и компот!Проехав все дороги Млечные,Не похудеешь вместе с темПри полном самообеспеченьиНаших космических систем.Ведь даже торты превосходные,Люля кебаб и калачиВ конечном счете — из исходногоМатериала и мочи!Не откажите ж, по возможности,Когда мы просим по утрамНаполнить колбу в общей сложностиХотя бы каждый по сто грамм!Должны по-дружески признаться мы,Что с нами выгодно дружить:Ведь без утили-тилизацииНа белом свете не прожить!!!

(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)image

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» бралась на борт изначально, еще с Земли. image

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», — поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла. image

Если сформулировать кратко: системы жизнеобеспечения космонавтов и астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с родной планеты.image

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

На фото: портативная система жизнеобеспечения экипажа «Аполлон-15», 1968 г.

Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки.– Потребность в удалении отходов?Господи…Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы. Но что поделаешь, если у нас нет искусственной гравитации.

«Звёзды — холодные игрушки», С.Лукьяненко

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).image

В соответствии с ГОСТ 28040-89 (даже не знаю действует ли он ещё)” Система жизнеобеспечения космонавта в пилотируемом космическом аппарате”-СЖО космонавта-это «Совокупность функционально взаимосвязанных средств и мероприятий, предназначенных для создания в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата условий, обеспечивающих поддержание энергомассообмена организма космонавта с окружающей средой на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и работоспособности». В состав СЖО космонавта входят следующие системы:

*СОГС — система обеспечения газового состава,*СВО — система водообеспечения,*ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения,*СОП — система обеспечения питанием,*СОТР — система обеспечения теплового режима.

Можно гордиться. Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS:

«Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода».

Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИПервому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).image

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) + Н2ОimageВ состав ХПИ входит 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.image

На фото: 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 КОН2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2ОК2 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.image

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.image

Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате. Состав:-патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей;-патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей;-электровентиляторов;-датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов;-газоанализатора;-блока управления и контроля.Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ» Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.

4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции. В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек.

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 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. imageimage

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода,система очистки атмосферы от вредных микропримесей,система генерирования кислорода,система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей,санитарно-гигиеническое оборудование,оранжерея,система контрольно-измерительной аппаратуры.

Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».

Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А.Губарева и Г.М.Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков. Система работала в течение всего пилотируемого полёта станции. Аналогичные системы типа «СРВ-К» работали на станциях «Салют-6», «Салют-7», «МИР».image

Отступление:20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».image

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане. Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации например орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:

«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги,«СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины),«СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины),«Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды,«Воздух» — система удаления диоксида углерода,«БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.image

Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).image

В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы. Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.

Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.imageimage

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 (Ch5). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.image

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

image

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

image

На фото: Сергей Крикалёв с устройством электролиза воды «Электрон»

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.image

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.image

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 аппарат ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.image

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача: «Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, — объясняет Карраскилло, — Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы». Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», — поясняет Карраскилло.

Перспективы:Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:image

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 боюсь покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в их смысл.

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.image

image

image

image

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:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2ОСО2 + 2Н2 = С + 2Н2О

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

СН4 + О2 = СН2О + Н2ОполиконденсацияnСН2О — ? (СН2О)n Са (ОН)2

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?

Не зря, когда я учился, специальность по СЖО КА называлась студентами: ЖОПА…Что расшифровывалось, как:

жизнеобеспечение пилотируемых аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.image

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.Мой младший 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?image

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал [email protected], 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, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ(Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда«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:

se7en.ws

На МКС проблемы с туалетом и водой

Туалет на МКС

Дженнифер Прюитт работает на одной из самых интересных должностей в NASA, если не на самой интересной в космической индустрии вообще. Она — ведущий инженер, отвечающий за обработку (и переработку) мочи. «Название должности — один из поводов для гордости, когда я думаю о своей работе, — гордо говорит она. — В мире не так много людей, которые работают над такого рода технологиями».

Туалет Международной космической станции, как вы догадываетесь, производит необходимую воду для питья — однако работает не так хорошо, как хотелось бы.

Прюитт работает в Центре управления космическими полетами Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама, над системой восстановления воды Международной космической станции. Ее цель заключается в разработке наиболее эффективного способа извлечения питьевой воды из мочи астронавтов.

Моча состоит из воды на 95% (на остальное приходятся отходы организма в виде химических веществ), поэтому чем больше воды можно переработать в двух космических туалетах МКС, тем меньше придется возить с Земли. Поставки на МКС нынче стоят недешево, да и расточительно было бы возить так много воды, сливая ее побочный продукт в никуда.

В прихожей перед лабораторией Прюитт расположена небольшая выставочная зона, посвященная моче. Сосуды с оным красуются на полке — и варьируются в цветах от почти идеального светло-желтого до коричневого с обескураживающим черным.

Хитровымоченный процесс

К всеобщему беспокойству, сосуд с биркой «предварительно обработанная моча американца» более светлый, чем сосуд с русской биркой. Что не так с нашей мочой, спросите вы?

«С русскими все в порядке, — успокаивающе отвечает Прюитт, — они писают как и все».

Моча

Окрашенная в темный жидкость является не совсем мочой русского космонавта, а скорее мочой с добавленными ингредиентами в процессе предварительной обработки.

«Когда астронавты посещают туалет, мы не можем позволить моче просто пройти в систему, — объясняет Прюитт. — Мы должны добавлять дополнительные вещества, чтобы остановить распад мочи и предотвратить рост бактерий».

Предварительная обработка — первый шаг хитроумного процесса, который NASA разработало для выведения воды из космических туалетов. Восстановленная вода объединяется с влагой, отфильтрованной из воздуха МКС — по большей части, из пота астронавтов — и возвращается в качестве питьевой воды. Космическое агентство полагает, что среднестатистический космонавт выпивает 730 литров переработанной мочи и пота в процессе годичной миссии.

Соленый саботаж

Но у NASA есть проблема.

Хотя часть восстановительного уравнения, связанная с потом, работает хорошо — почти вся влага возвращается в питьевую воду — система переработки мочи не отвечает всем ожиданиям. В лаборатории на Земле она работает с почти 85-процентной эффективность — всего 15% воды теряется. На орбите на МКС же восстанавливается только 75% воды.

«В космосе кальций утекает из костей астронавтов, и мы долго не задумывались о том, куда он девается, — говорит Прюитт. — Оказалось, что очень много кальция оказывается в моче».

Получается, моча астронавтов в космосе обладает другим химическим составом, чем та, которую любезно пожертвовали сотрудники Маршалла.

«Мы обнаружили, что из-за лишнего кальция моча реагирует с химикатами предварительной обработки и образует сульфат кальция, — объясняет Прюитт. — Большие скопления соли засоряют систему — она прекращает работать».

Попробуйте представить весь ужас ситуации: оказаться в ловушке в металлической коробке на высоте 400 километров над Землей с пятью людьми и неработающим туалетом. В результате этих неполадок, астронавтам МКС пришлось тратить дополнительное время на техническое обслуживание, а с Земли — везти больше воды, чем было запланировано изначально.

Однако команда Прюитт придумала решение. Изменяя химической состав предварительной обработки мочи, они надеются повысить эффективность ее переработки на МКС.

Для проверки последних химических наработок Прюитт заполучила рабочую копию сборщика мочи в ангаре в Маршалле, где NASA разрабатывает и тестирует свои системы жизнеобеспечения. Баннер, висящий на одной из балок под крышей, информирует посетителей лаборатории о «спасении жизней астронавтов с 1973 года».

МКС

Давление и дистилляция

Машина обработки мочи — разобранная копия той, что на орбите — состоит из непонятной мешанины труб, насосов и проводов, прикрепленных в огромной банке с мочой — предварительно обработанной таким образом, что она стала больше походить на колу. Прюитт объясняет, как работает этот булькающий монстр.

«Все расположено горизонтально, поэтому можно сбросить со счетов эффекты гравитации, — объясняет она. — Насосы, которые мы используем, работают подобно вашему пищеводу — сжимают и толкают жидкость».

Моча проталкивается по одной из прозрачных труб по направлению к самому большому цилиндру системы, размером с духовку. К этому резервуару прикреплен вакуумный насос, прикрепленный так, чтобы высасывать воздух и понижать давление внутри. При понижении давления также понижается и точка кипения жидкости. Воду можно выделить безо всякого нагревания.

Оставшаяся после дистилляции жидкость возвращается обратно в систему, чтобы сцедить максимальное количество воды. Конечные продукты представляют собой концентрированный соленый осадок и чистую питьевую воду. В космосе этот осадок упаковывается в корабль, забирающий мусор, и сжигается в атмосфере Земли. Вода готова к употреблению.

«Это чистейшая вода, — говорит Прюитт. — Чище всего, что можно выпить на Земле».

Однако, прежде чем астронавты получат возможность насладиться чистейшей водой, ее дополнительно обрабатывают, чтобы предотвратить рост бактерий. Добавляется йод, который дает воде на МКС медицинский привкус. Это не плохо, просто нужно привыкнуть.

Новая система предварительной обработки больше не вызывает засорения, и инженеры NASA поставят обновленную систему в ближайшие месяцы. Есть надежда, что она поднимет скорость восстановления воды в космосе до тех же уровней эффективности, что наблюдаются в лаборатории на Земле.

Ну и не будем забывать, что вода на МКС циркулирует таким образом несколько лет. И это тоже весело.

По материалам BBC

hi-news.ru

Откуда берутся вода и кислород на МКС?

image

Гимн 13 отдела.

Не космонавты мы, не летчики,Не инженеры, не врачи.А мы водо-водопроводчики:Мы гоним воду из мочи!И не факиры, братцы, вроде мы,Но, не бахвалясь, говорим:Круговорот воды в природе мыВ системе нашей повторим!Наука наша очень точная. Вы только дайте мысли ход.Мы перегоним воды сточные На запеканки и компот!Проехав все дороги Млечные,Не похудеешь вместе с темПри полном самообеспеченьиНаших космических систем.Ведь даже торты превосходные,Люля кебаб и калачиВ конечном счете — из исходногоМатериала и мочи!Не откажите ж, по возможности,Когда мы просим по утрамНаполнить колбу в общей сложностиХотя бы каждый по сто грамм!Должны по-дружески признаться мы,Что с нами выгодно дружить:Ведь без утили-тилизацииНа белом свете не прожить!!!

(Автор — Варламов Валентин Филиппович — псевдоним В.Вологдин)image

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» бралась на борт изначально, еще с Земли. image

«Предыдущие космические миссии – Меркурий, Джемини, Аполлон, брали с собой все необходимые запасы воды и кислорода и сбрасывали жидкие и газообразные отходы в космос», — поясняет Роберт Багдижян (Robert Bagdigian) из Центра Маршалла. image

Если сформулировать кратко: системы жизнеобеспечения космонавтов и астронавтов были «разомкнутыми» – они полагались на поддержку с родной планеты.image

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

На фото: портативная система жизнеобеспечения экипажа «Аполлон-15», 1968 г.

Оставив рептилоида я подплыл к шкафчику санитарных средств. Повернувшись спиной к счетчику, достал мягкий гофрированный шланг, расстегнул брюки.– Потребность в удалении отходов?Господи…Отвечать я, конечно, не стал. Включил отсос, и попытался забыть про любопытный взгляд рептилоида, буравящий спину. Ненавижу эти мелкие бытовые проблемы. Но что поделаешь, если у нас нет искусственной гравитации.

«Звёзды — холодные игрушки», С.Лукьяненко

Вернусь к воде и О2.

Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и я попробую рассказать о подробности (на сколько сам в этом разобрался).image

В соответствии с ГОСТ 28040-89 (даже не знаю действует ли он ещё)" Система жизнеобеспечения космонавта в пилотируемом космическом аппарате"-СЖО космонавта-это «Совокупность функционально взаимосвязанных средств и мероприятий, предназначенных для создания в обитаемом отсеке пилотируемого космического аппарата условий, обеспечивающих поддержание энергомассообмена организма космонавта с окружающей средой на уровне, необходимом для сохранения его здоровья и работоспособности». В состав СЖО космонавта входят следующие системы:

*СОГС — система обеспечения газового состава,*СВО — система водообеспечения,*ССГО — система санитарно-гигиенического обеспечения,*СОП — система обеспечения питанием,*СОТР — система обеспечения теплового режима.

Можно гордиться. Робин Карраскилло (Robyn Carrasquillo), технический руководитель проекта ECLSS:

«Русские опередили нас в этой области, ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду–для производства кислорода».

Как всё начиналось (у нас).

1.СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНЫХ КАБИНАХ СТРАТОСТАТОВ, РАКЕТ И ПЕРВЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИПервому посещению человеком пространства за линией Кармана в космическом корабле предшествовали запуски стратостатов, ракет и искусственных спутников Земли, в которых имелись системы жизнеобеспечения для людей и животных (большей частью для собак).image

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) + Н2ОimageВ состав ХПИ входит 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.image

На фото: 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 КОН2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2ОК2 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.image

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.image

Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате. Состав:-патронов с кислородосодержащим веществом и поглотителем вредных микропримесей;-патрона с поглотителем диоксида углерода и вредных микропримесей;-электровентиляторов;-датчиков для индикации работоспособности вентиляторов и герметичности газовых трактов;-газоанализатора;-блока управления и контроля.Система обеспечивает комфортные условия в газовой среде спускаемого аппарата (замкнутый герметичный объем, содержащий 4,0-4,5 м3 воздуха) и представляет собой три регенеративных патрона и поглотительный патрон с электровентилятором на каждый патрон, обеспечивающих регенерацию воздуха по СО2, О2, СО и прочим вредным примесям. Включение и выключение микрокомпрессоров позволяет обеспечить заданный состав атмосферы объекта.Принцип работы: воздух объекта вентилятором прокачивается через регенеративный патрон, где очищается от СО2 и вредных примесей и обогащается кислородом.Избыток диоксида углерода убирается путем периодического включения поглотительного патрона. Поглотительный патрон также обеспечивает очистку от вредных примесей. Система работает с блоком управления и контроля и газоанализатором по кислороду и диоксиду углерода. При падении парциального давления кислорода до 20,0 кПа включается первый регенеративный патрон.Если парциальное давление кислорода больше или равно 20,8 кПа, регенеративный патрон отключается и включается вновь при парциальном давлении кислорода 20,5 кПа. Включение второго и последующих патронов происходит при парциальном давлении кислорода 20,0 кПа (при условии падения концентрации), причем ранее включенные патроны продолжают работать.Поглотительный патрон включается периодически при парциальном давлении диоксида углерода 1,0 кПа, выключается при парциальном давлении диоксида углерода 0,8 кПа, вне зависимости от работы регенеративного патрона.

3. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЗАПАСОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ ТИПА «ВОСТОК», «ВОСХОД», «СОЮЗ», «МЕРКУРИЙ», «ДЖЕМИНИ», «АПОЛЛОН», «ШАТТЛ», ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ «СКАЙЛЭБ» Системы жизнеобеспечения советских космических кораблей типа «Восток», «Восход», «Союз», а также американских «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» и транспортного корабля многоразового использования «Шаттл» были основаны полностью на запасах расходуемых материалов: кислорода, воды, пищи, средств удаления СО2 и вредных микропримесей.

4. РЕГЕНЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ЭКИПАЖЕЙ ОРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «САЛЮТ», «МИР», «МКС»Функционирование систем жизнеобеспечения базирующихся на основе запасов расходуемых веществ, взятых с Земли, имеют существенный недостаток: их масса и габариты возрастают прямо пропорционально длительности космической экспедиции и количеству членов экипажей. По достижении определенной продолжительности полета СЖО на основе запасов могут быть препятствием для реализации экспедиции. В таблице приведены массовые характеристики СЖО, основанных на запасах расходуемых веществ применительно к экспедиции длительностью 50, 100 и 500 суток для экипажа, состоящего из 6 человек.

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 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. imageimage

В состав СЖО наземного лабораторного комплекса входили:

система удаления диоксида углерода,система очистки атмосферы от вредных микропримесей,система генерирования кислорода,система регенерации воды из влагосодержащих продуктов жизнедеятельности испытателей,санитарно-гигиеническое оборудование,оранжерея,система контрольно-измерительной аппаратуры.

Экспериментальные регенерационные системы жизнеобеспечения на основе физико-химических процессов, испытанные в годовом медико-техническом эксперименте, явились прототипом штатных СЖО для экипажей орбитальных станций «Салют», «МИР» и «МКС».

Впервые в мировой практике пилотируемых полётов на космической станции «Салют-4» функционировала регенерационная система «СРВ-К»-система получения питьевой воды из конденсата атмосферой влаги. Экипаж в составе А.А.Губарева и Г.М.Гречко использовал воду, регенерированную в системе «СРВ-К», для питья и приготовления пищи и напитков. Система работала в течение всего пилотируемого полёта станции. Аналогичные системы типа «СРВ-К» работали на станциях «Салют-6», «Салют-7», «МИР».image

Отступление:20 февраля 1986 года вышла на орбиту советская орбитальная станция «Мир».image

23 марта 2001 года она была затоплена в Тихом океане. Нашу станцию «Мир» затопили, когда ей исполнилось 15 лет. Сейчас двум российским модулям, которые входят в состав МКС, уже тоже по 17. Но МКС никто пока топить не собирается…

Эффективность использования регенерационных систем подтверждена опытом многолетней эксплуатации например орбитальной станции «МИР», на борту которого успешно функционировали такие подсистемы СЖО, как:

«СРВ-К» — система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги,«СРВ-У» — система регенерации воды из мочи (урины),«СПК-У» — система приема и консервации мочи (урины),«Электрон» — система генерирования кислорода на основе процесса электролиза воды,«Воздух» — система удаления диоксида углерода,«БМП» — блок удаления вредных микропримесей и др.image

Аналогичные регенерационные системы (за исключением «СРВ-У») успешно функционируют в настоящее время на борту Международной космической станции (МКС).image

В состав системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) МКС входит подсистема обеспечения газового состава (СОГС). Состав: средства контроля и регулирования атмосферного давления, средства выравнивания давления, аппаратуру разгерметизации и наддува ПхО, газоаналитическую аппаратуру, систему удаления вредных примесей БМП, систему удаления углекислого газа из атмосферы «Воздух», средства очистки атмосферы. Составной частью СОГС являются средства кислородообеспечения, включающие твердотопливные источники кислорода (ТИК) и систему получения кислорода из воды «Электрон-ВМ». При стартовом запуске на борту СМ имелось всего лишь 120 кг воздуха и два твердотопливных генератора кислорода ТГК.Прямая онлайн трансляция с веб-камеры на МКС.

Для доставки 30 000 литров воды на борт орбитальной станции «МИР» и «МКС» потребовалось бы организовать дополнительно 12 запусков транспортного корабля «Прогресс», величина полезной нагрузки которого составляет 2,5 тонны. Если принять во внимание тот факт, что «Прогрессы» оборудованы баками для питьевой воды типа «Родник» емкостью 420 л, то количество дополнительных запусков транспортного корабля «Прогресс» должно было бы увеличиться в несколько раз.imageimage

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 (Ch5). И конечно, на всякий случай на борту есть кислородные шашки и баллоны.image

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

image

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

image

На фото: Сергей Крикалёв с устройством электролиза воды «Электрон»

К сожалению полного круговорота веществ на орбитальных станциях пока не достигнуто. На данном уровне технологий с помощью физико-химических методов не удается осуществить синтез белков, жиров, углеводов и других биологически активных веществ. Поэтому диоксид углерода, водород, влагосодержащие и плотные отходы жизнедеятельности космонавтов удаляются в вакуум космического пространства.image

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.image

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 аппарат ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.image

Процесс восстановления воды из мочи – сложная техническая задача: «Моча гораздо «грязнее» водяных испарений, — объясняет Карраскилло, — Она способна разъедать металлические детали и засорять трубы». Система ECLSS использует для очищения мочи процесс, называемый парокомпрессионная дистилляция: моча кипятится до тех пор, пока вода из неё не превратится в пар. Пар – естественно очищенная вода в парообразном состоянии (за исключением следов аммиака и других газов) – поднимается в дистилляционную камеру, оставляя концентрированную коричневую жижу нечистот и солей, которую Карраскилло милосердно называет «рассолом» (который затем выбрасывается в открытый космос). Затем пар охлаждается, и вода конденсируется. Полученный дистиллят смешивается со сконденсированной из воздуха влагой и фильтруется до состояния, пригодного для питья. Система ECLSS способна восстановить 100% влаги из воздуха и 85% воды из мочи, что соответствует суммарной эффективности около 93%.Описанное выше, однако, относится к работе системы в земных условиях. В космосе появляется дополнительная сложность – пар не поднимается вверх: он не способен подняться в дистилляционную камеру. Поэтому в модели ECLSS для МКС «…мы вращаем дистилляционную систему для создания искусственной гравитации, чтобы разделить пары и рассол», — поясняет Карраскилло.

Перспективы:Известны попытки получить синтетические углеводы из продуктов жизнедеятельности космонавтов для условий космических экспедиций по схеме:image

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 боюсь покопаться в «вики-знаниях», чтобы вникнуть в их смысл.

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.image

image

image

image

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:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2ОСО2 + 2Н2 = С + 2Н2О

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

СН4 + О2 = СН2О + Н2ОполиконденсацияnСН2О — ? (СН2О)n Са (ОН)2

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?

Не зря, когда я учился, специальность по СЖО КА называлась студентами: ЖОПА…Что расшифровывалось, как:

жизнеобеспечение пилотируемых аппаратов

Код точно не помню, кафедра Э4.image

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.Мой младший 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?image

Прим. на фото, конечно не мой ребёнок, да и не будущая жертва эксперимента-микроволновка.

Как я и обещал [email protected], 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, профессор, заслуженного деятеля науки РФ Ю.Е. СИНЯК (РАН) «СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБИТАЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ(Прошлое, настоящее и будущее)» /Москва Октябрь 2008. Основная часть текста отсюда«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:

Автор: AntoBro

Источник

www.pvsm.ru


Смотрите также