Как на мкс вырабатывается кислород
Откуда берутся вода и кислород на МКС?
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) 
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.
«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.
«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 КОН
2КОН + СО2 = К2 СО3 + Н2О
К2 СО3 + Н2О + СО2 = 2 КНСО3
2. СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ ТИПА «БИОН» И «ФОТОН»
Биологические спутники Земли-автоматические космические аппараты «БИОН» и «ФОТОН» предназначены для исследований влияния факторов космического полета (невесомость, радиация и др.) на организм животных. Примечательно, что Россия- по сути единственная страна в мире, имеющая автоматические космические аппараты для исследований на биологических объектах. Другие страны вынуждены посылать животных в Космос на наших аппаратах.
В разные годы научными руководителями программы «БИОН» были О.Г. Газенко и Е.А. Ильин. В настоящее время научным руководителем программы «БИОН» является О.И. Орлов, заместителями — Е.А. Ильин и Е.Н. Ярманова.
Биологический спутник «БИОН» снабжен системами водообеспечения и кормления животных, системой термовлагорегулирования, системой «день-ночь», системой обеспечения газового состава и др.
Система обеспечения газового состава автоматических космических аппаратов «БИОН» и «ФОТОН» предназначена для обеспечения животных кислородом, удаления диоксида углерода и газообразных микропримесей в спускаемом аппарате.
— 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.
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.
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 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:
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
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.
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.
Важней всего погода. на МКС!
Где взять кислород в безвоздушном пространстве? Как живется человеку в космосе? Приоткроем завесу тайны.
Где взять кислород в безвоздушном пространстве? как живется человеку в космосе? приоткроем завесу тайны: космическое пространство расположено на высоте многих тысяч километров над землей. Космос — весьма неприютное место, царство вечного холода и тьмы. Нет здесь атмосферы. Но, все же людям удается совершать регулярные визиты к околоземной орбите и даже исследовать спутник земли — луну. В преддверии запланированной миссии пилотированного полета и колонизации марса вопрос технологий, обеспечивающих кислород в космосе, особенно актуален. Итак, какой же ценой даются эти путешествия? Откуда космонавты получают свежий воздух для дыхания? Как устроена система вентиляции на космической станции?
Нам согласился дать интервью директор Мемориального музея космонавтики Александр Иванович Лазуткин, который провел в космосе 184 дня, работая бортинженером на борту корабля «союз ТМ-25» и орбитального комплекса «Мир».
Александр Иванович, расскажите, что чувствует человек, находясь в космическом пространстве? Условия там сильно отличаются от земных?
А. И.: Единственная особенность, которую я почувствовал в первый момент, — «космический» воздух имеет немного металлический привкус. А в целом условия на станции не сильно отличаются от земных. Температура вполне комфортная — от 23 до 28 °с, нормальная влажность 70 %, поддерживается постоянное давление на уровне 760 мм. Таким образом, космонавты практически не испытывают каких-либо неудобств, находясь на станции.
Каким образом удается этого добиться?
А. И.: Благодаря продуманным СЖО (системам жизнеобеспечения). Это системы, которые производят кислород, удаляют углекислый газ из космического корабля, отвечают за терморегуляцию, очистку воздуха. Кроме того, поскольку в космосе нет гравитации, а значит, воздушные потоки не перемешиваются самостоятельно, как на земле, на станции постоянно работают мощные вентиляторы, которые поддерживают благоприятную атмосферу, принудительно смешивая слои теплого и холодного воздуха.
Cкажите, пожалуйста, откуда же берется тот кислород, которым дышат космонавты на космической станции?
А. И.: Человеку в норме требуется около 600 литров кислорода в сутки. Но, естественно, просто так в баллонах мы взять весь необходимый объем не можем — каждый квадратный сантиметр площади на космическом корабле на вес золота. Каждый дополнительный грамм груза — дополнительные расходы.
Поэтому только небольшая часть кислородного запаса хранится на МКС в концентрированном виде в баллонах, остальное добывается с помощью химической реакции.
Второй способ — выработка кислорода при сжигании твердого топлива. Твердотопливный генератор кислорода находится на станции в виде шашек. Сжигая одну такую шашку, вы получаете от 420 до 600 литров кислорода.
Третий способ — получение пригодного для дыхания воздуха путем расщепления воды на кислород и водород. Водород удаляется за борт космического корабля, кислород используем по назначению. На космической станции используются все три способа добычи кислорода одновременно для подстраховки. Если выходит из строя одна система, другие ее успешно дублируют.
При дыхании образуется большое количество углекислого газа, как удалить его за борт корабля?
А. И.: Проще всего было бы просто сбрасывать отработанный весь воздух за борт и заполнять корабль снова кислородом из баллона. Но на практике это неосуществимо. Человек может использовать лишь 1 % кислорода, находящегося в помещении, а значит, кислорода потребуется уже не 600, а 6000 литров на человека в сутки. Такой груз на борт мы взять по понятным причинам не можем. Поэтому мы используем системы, которые удаляют углекислый газ без сброса всего воздуха за борт.
Сегодня 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.
По сути, это длинный цилиндр и вентилятор, который загоняет воздух. В цилиндре есть химическое вещество в виде патронов, которое поглощает углекислый газ и выделяет кислород. Система состоит из нескольких патронов, которые после обработки воздуха можно выбрасывать. Так, по крайней мере, было раньше. Сейчас же люди придумали более современную систему, которая регенерируется, очищается и потом запускается вновь.
Большой проблемой становится в космосе размножение болезнетворных бактерий. как можно решить ее?
А. И.: Нормальный состав атмосферы поддерживают устройством обеззараживания воздуха «Поток», которое автоматически включается каждые сутки на 6 часов и обеззараживает атмосферу МКС. В результате обработки воздуха происходит уничтожение микроорганизмов и вирусов, обеспечивается высокая степень фильтрации обеззараженного воздуха.
За прошедшее столетие, благодаря труду ученых и космонавтов, человечество смогло приоткрыть завесу тайны и узнать многое о мире, в котором мы живем. Но космос таит в себе еще множество загадок, которые только предстоит разрешить.
Возможно, в недалеком будущем усовершенствованные технологии позволят совершать путешествия на более дальние расстояния, исследовать другие планеты и найти ответы на вопросы, которые волнуют человечество с незапамятных времен.