Чем дышать в космосе. Воздух на мкс проверят на тяжелые изотопы Как генерируется кислород 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.

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.

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.

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)

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.

«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. 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).

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 (CH4). 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 + 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?

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

ж изнео беспечение п илотируемых а ппаратов

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

Первоисточники:

АКТОВАЯ РЕЧЬ доктора технических наук, 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»

В непривычных условиях внеатмосферного полета космонавтам должны быть созданы все условия для работы и отдыха. Им нужно есть, пить, дышать, отдыхать, спать положенное время. Такие простые и обыденные для земного бытия вопросы в условиях космоса перерастают в сложные научные и технические проблемы.

Человек может довольно долго обходиться без пищи, без воды - несколько дней. Но без воздуха он может жить лишь несколько минут. Дыхание - важнейшая функция человеческого организма. Как обеспечивается она в космическом полете?

Свободный объем в космических кораблях невелик. как правило, имеет на борту около 9 кубических метров воздуха. А за стенками корабля - почти полный вакуум, остатки атмосферы, плотность которой в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли.

9 кубометров - это все, что имеют для дыхания космонавты. Но это немало. Вопрос только в том, чем будет заполнен этот объем, чем будут дышать космонавты.

Атмосфера, окружающая человека на Земле, в сухом состоянии содержит по весу 78,09 процента азота, 20,95 процента кислорода, 0,93 процента аргона, 0,03 процента углекислого газа. Количество других газов в ней практически незначительно.

Такой газовой смесью привыкли дышать человек и почти все живое на Земле. Но возможности человеческого организма более широки. Из общего атмосферного давления на уровне моря на долю кислороде приходится примерно 160 миллиметров. Человек может дышать при понижении давления кислорода до 98 миллиметров ртутного столба, и лишь ниже наступает «кислородное голодание». Но возможен и другой вариант: когда содержание кислорода в воздухе больше нормы. Верхняя граница возможного для человека парциального давления кислорода проходит на уровне 425 миллиметров ртутного столба. При большей концентрации кислорода наступает кислородное отравление. Итак, возможности организма человека допускают колебания содержания кислорода примерно в 4 раза. В еще более широких пределах наш организм может переносить колебания атмосферного давления: от 160 миллиметров ртутного столба до нескольких атмосфер.

Азот и аргон - инертная часть воздуха. В окислительных процессах принимает участие только кислород. Поэтому возникла мысль: а нельзя ли в космическом корабле заменить азот на более легкий газ, скажем, гелий. Кубический метр азота весит 1,25 килограмма, а гелия - всего 0,18 килограмма, то есть в семь раз меньше. Для космических кораблей, где на учете каждый лишний килограмм веса, это отнюдь не безразлично. Эксперименты показали, что в кислородногелиевой атмосфере человек может нормально дышать. Это было проверено американскими акванавтами при длительных подводных погружениях.

В техническом отношении привлекает внимание также одногазовая атмосфера, состоящая из чистого кислорода. В американских космических кораблях для дыхания космонавтов применяется чистый кислород при давлении около 270 миллиметров ртутного столба. При этом проще (а значит, и легче) получается аппаратура для контроля давления и поддержания состава атмосферы. Однако чистый кислород имеет свои недостатки: возникает угроза пожара на космическом корабле; длительное вдыхание чистого кислорода вызывает неприятные осложнения в дыхательных путях.

При создании искусственной среды в отечественных космических кораблях за основу взята нормальная земная атмосфера. Специалисты, прежде всего — медики, настояли на том, чтобы на борту космических кораблей был создан уголок родной планеты с условиями, как можно более близкими к тем, которые окружают человека на Земле. Все технические выгоды, получаемые при применении одногазовой атмосферы, кислородно-гелиевой и других, были принесены в жертву ради полного комфорта для космонавтов. Все параметры очень близки к нормам той атмосферы, которой мы дышим на Земле. Они показывают, что автоматика «держит» параметры воздуха в кабине очень «жестко», стабильно. Космонавты как бы дышат чистым воздухом Земли.

После посадки космонавтов в корабль, после герметизации его отсеков состав атмосферы в корабле начинает изменяться. Два космонавта потребляют в час около 50 литров кислорода и выделяют 80-100 граммов водяных паров, углекислый газ, летучие продукты обмена веществ и др. Тогда вступает в действие система кондиционирования, которая доводит атмосферу «до кондиции», то есть поддерживает все ее параметры на оптимальном уровне.

В основу регенерации атмосферы положены эффективные, проверенные физические и химические процессы. Известны химические вещества, которые при соединении с водой или углекислым газом способны выделять кислород. Это надперекиси щелочных металлов - натрия, калия, лития. Чтобы при этих реакциях выделилось 50 литров кислорода - часовая потребность двух космонавтов, - необходимо 26,4 грамма воды. А выделение ее в атмосферу двумя космонавтами, как мы уже сказали, достигает 100 граммов в час.

Часть этой воды расходуется на получение кислорода, часть сохраняется в воздухе для поддержания нормальной относительной влажности (в пределах 40-60 процентов). Лишняя же вода должна улавливаться специальными поглотителями.

Наличие пыли, крошек, мусора в воздухе недопустимо. Ведь в невесомости все это не падает на пол, а свободно плавает в атмосфере корабля и может попадать в дыхательные пути космонавтов. Для очистки воздуха от механических загрязнений существуют специальные фильтры.

Итак, регенерация атмосферы в корабле сводится к тому, что часть воздуха из обитаемых отсеков постоянно забирается вентилятором и проходит через ряд устройств системы кондиционирования. Там воздух очищается, доводится до нормы по химическому составу, влажности и температуре и снова возвращается в кабину космонавтов. Такая циркуляция воздуха идет постоянно, а скорость ее и эффективность работы неослабно контролируются соответствующей автоматикой.

Например, если чрезмерно возросло содержание кислорода в атмосфере корабля, то система, контроля немедленно заметит это. Она подает соответствующие команды исполнительным органам; режим работы установки изменяется так, чтобы уменьшить выделение кислорода.

Быт на орбите существенно отличается от земного. Невесомость, изоляция от Земли и автономность станции накладывают свой отпечаток на повседневную жизнь космонавтов во время полёта. Комфортные условия, которые так естественны на Земле, что мы даже не замечаем их, обеспечиваются на борту МКС целым рядом сложных систем, таких как системы обеспечения газового состава, водообеспечения, санитарно-гигиенического обеспечения, питания и других. Выполнение самых привычных земных дел на орбите — это целая наука. Космонавты изучают бортовые системы на специальных курсах и тренируются на практических занятиях правильно «наливать сок», «умываться», «варить суп». В кавычках — потому что на МКС нельзя просто открыть холодильник, достать пакет сока и налить его в стакан или включить воду для умывания. Всем тонкостям повседневной жизни на МКС космонавтов учат специалисты научно-исследовательского испытательного отделения технической подготовки космонавтов к лётным и наземным испытаниям и эксплуатации систем жизнеобеспечения орбитальных пилотируемых комплексов, сопровождения, создания и испытаний тренажёрных средств по системам жизнеобеспечения, экспертизы, оценки безопасности полётов, разработки методик и учебно-методических средств подготовки.

Возглавляет отделение Андрей Викторович Скрипников, выпускник Тамбовского авиационно-инженерного института имени Ф. Э. Дзержинского. В 2002 году Андрей Викторович был принят на работу в Центр подготовки космонавтов.

В отделе систем жизнеобеспечения он сначала готовил экипажи МКС к действиям в случае пожара и разгерметизации, а затем обучал космонавтов работе с системами жизнеобеспечения транспортного корабля «Союз» и скафандром «Сокол-КВ2». В настоящее время Андрей Викторович занимается организацией и координацией работы в своём отделении.

Легко ли дышится космонавтам?

Создание атмосферы, пригодной для дыхания на борту МКС, — задача средств кислородообеспечения и очистки атмосферы. В их комплекс входят как источники кислорода, так и системы по очистке атмосферы, которые удаляют углекислый газ, микропримеси, пахучие вещества, обеззараживают атмосферу.

Практически все системы жизнеобеспечения, используемые на МКС, прошли испытания и хорошо себя зарекомендовали во время эксплуатации станции «Мир».

« Электрон » — система кислородообеспечения, построенная на принципе электрохимического разложения воды на кислород и водород. Дважды в сутки необходимо контролировать состояние системы и докладывать о нём на Землю. Почему?

Во-первых, система связана с вакуумом: водород, образующийся в процессе разложения воды, сбрасывается за борт, а значит, существует возможность разгерметизации станции.

Во-вторых, в системе присутствует щёлочь, и ни в коем случае нельзя допустить её попадания на кожу или в глаза.

В-третьих, водород и кислород образуют вместе в определённых пропорциях «гремучий газ», который может взорваться, и потому особенно важно следить за стабильным состоянием системы.

Учебный стенд системы «Электрон»

Все системы обеспечения жизнедеятельности МКС дублируются на случай отказов. Дублирующей для «Электрона» системой является твердотопливный генератор кислорода (ТГК).

Инструктор космонавтов по средствам жизнеобеспечения Дмитрий Дедков демонстрирует работу твердотопливного генератора кислорода

Кислород в генераторе получают из шашек, в которых находится кислородосодержащее вещество в твёрдом виде. Шашки «поджигают» (конечно, речь идёт не об открытом пламени), и в процессе горения выделяется кислород. Температура внутри шашки достигает +450˚С. Для одного человека необходимо около 600 литров кислорода в сутки. В зависимости от типа шашки при её сгорании выделяется от 420 до 600 литров кислорода.

Кроме того, кислород доставляется на МКС грузовыми кораблями «Прогресс» в газообразном виде под высоким давлением в шар-баллонах.

Для нормальной жизнедеятельности на станции нужно не только пополнять атмосферу кислородом, но и очищать её от углекислого газа. Превышение содержания углекислого газа в атмосфере гораздо опаснее, чем снижение количества кислорода. Основным средством для очистки атмосферы от углекислого газа является система «Воздух». Принцип работы этой системы состоит в адсорбции (поглощении) углекислого газа с последующей вакуумной регенерацией поглотительных патронов.

Подготовка системы «Воздух» к работе

Блок очистки атмосферы от микропримесей (БМП) очищает воздух от всевозможных вредных газообразных примесей в атмосфере станции. Это тоже система регенерационного типа, только если очистка атмосферы и регенерация поглотительных элементов в системе «Воздух» происходит в автономном режиме циклами по 10, 20 или 30 минут и в автоматическом режиме от 10 до 50 минут, то в БМП патроны работают в режиме очистки на 18 — 19 суток с последующей регенерацией. Ресурс её главных функциональных элементов — патронов очистки атмосферы — составляет 3 года, но за 10 лет работы системы необходимость их замены не возникла: газоанализаторы показывают отличное состояние атмосферы.

Учебный стенд блока очистки от микропримесей

Кроме того, нормальный состав атмосферы поддерживают дублирующие системы: одноразовые поглотительные патроны, фильтры удаления вредных примесей и очистки от дыма, а также устройство обеззараживания воздуха «Поток», которое автоматически включается каждые сутки на 6 часов и обеззараживает атмосферу МКС.

В случае нештатной ситуации и проблем в какой-нибудь из систем срабатывает аварийная сигнализация. Космонавты должны обнаружить, распознать нештатную ситуацию и найти способ выхода из неё. На земных тренировках космонавтам нужно отработать все возможные нештатные ситуации, даже если вероятность их возникновения на МКС очень мала.

Учебный класс (стенды «Воздух», «БМП», «Электрон», «Поток»)

Для выхода из нештатной ситуации космонавты должны разбираться не только в устройстве системы, но и хорошо понимать принцип её работы. На занятиях, кроме знаний по системам станции, экипаж обучают специальным расчётам, например, для прогнозирования изменения состояния атмосферы при отказах в системах обеспечения газового состава.

Подготовку космонавтов к работе со средствами обеспечения газового состава на МКС ведёт ведущий научный сотрудник отделения Дмитрий Кузьмич Дедков. Д. К. Дедков по образованию — радиоинженер, выпускник Киевского высшего инженерно-авиационного военного училища. После окончания училища он получил распределение в отдельный испытательно-тренировочный авиационный полк при Центре подготовки космонавтов, где служил начальником лаборатории контрольно-регистрирующей аппаратуры. «Мы записывали параметры полётов самолётов-лабораторий во время выполнения режимов невесомости, все экспериментальные научные параметры, медицинские параметры операторов, участвующих в экспериментах. Каждый раз было что-то новое», — рассказывает инструктор.

Д. К.Дедков

В 1975 году Дмитрий Кузьмич перешёл в научно-исследовательский методический отдел Центра в качестве младшего научного сотрудника. Там он занимался научно-исследовательской работой и принимал участие в практических экспериментах по подготовке космонавтов на летающих лабораториях. На его счету около двух сотен полётов «на невесомость». Параллельно, в рамках подготовки космонавтов к экстремальной деятельности, Дедков увлёкся парашютными прыжками для отработки методик подготовки космонавтов при действиях в экстремальных ситуациях. Во время прохождения специальной парашютной подготовки космонавт до раскрытия парашюта, находясь в свободном падении, должен выполнять логические задания и вести репортаж. Всё, через что пришлось пройти космонавтам, прежде на себе испытал Дмитрий Кузьмич. Кроме того, он занимался испытаниями индивидуальных плавательных средств в случае приводнения спускаемого аппарата.

В 1987 году Д. К. Дедков защитил кандидатскую диссертацию, посвящённую изучению методов и моделей формирования планов деятельности экипажа пилотируемого космического аппарата. Целью работы являлась автоматизация составления плана полёта и циклограммы деятельности экипажа на тренировку. В 1988 году он стал начальником лаборатории в отделе систем обеспечения жизнедеятельности. В 1994 году он возглавил этот отдел и оставался на этой должности до выхода на пенсию в 1999 году. Сейчас он продолжает работать в отделении СОЖ ведущим научным сотрудником, ведёт научную и преподавательскую деятельность, разрабатывает технические задания на стенды-тренажёры и поддерживает их в работоспособном состоянии. Д. К. Дедков — заслуженный испытатель космической техники, инструктор парашютно-десантной подготовки (330 прыжков с парашютом), почётный радист.

В следующий раз мы расскажем о питании космонавтов и « водных процедурах » на орбите.

/Пинать меня не надо-это "Мир". Просто фотка хорошая/

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!!!

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

«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 .

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).

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).

Куда расходуется вода на МКС (лучшего качества схемы всё равно нет, мои извинения):

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.

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.

Расчёт для "Марсианина":

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

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

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

Санузел на космической станции выглядит так:

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

- американцы

Техническая вода из американского аппарата 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 (). Метан может быть трансформирован в формальдегид, из которого в результате реакции поликонденсации () образуются углеводы-моносахариды.

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

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

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

Большое внимание уделяется созданию систем, обеспечивающих наиболее полный круговорот веществ. С этой целью, вероятнее всего, будут использовать процесс гидрирования диоксида углерода по реакции Сабатье или , 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 (Э4.*) называлась студентами:

ЖОПА

…
Что расшифровывалось, как:
Ж изнеО беспечение П илотируемых А ппаратов
Полная, так сказать, если пытаться вникать.

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

На это «словоблудие» меня подтолкнула интересная публикация: , которую приволокло для обсуждения моё младшее чадо.

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

Прим. на фото, ни в коей мере не мой ребёнок и не будущая жертва эксперимента- это не моя микроволновка.

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

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