Skąd biorą się woda i tlen na ISS?
Hymn 13. wydziału.
Nie inżynierowie, nie lekarze.
A my jesteśmy hydraulikami:
Wypieramy wodę z moczu!
A nie fakirowie, bracia, tacy jak my,
Ale bez przechwałek mówimy:
Obieg wody w przyrodzie jest
Powtórzmy w naszym systemie!
Nasza nauka jest bardzo precyzyjna.
Po prostu pozwalasz, by myśl się poruszała.
Oddestylujemy ścieki
Do zapiekanek i kompotu!
Minąwszy wszystkie mleczne drogi,
Nie schudniesz w tym samym czasie.
Z pełną samowystarczalnością
Nasze systemy kosmiczne.
W końcu nawet ciasta są doskonałe,
Lula kebab i kalachi
Ostatecznie od oryginału
Materiał i mocz!
Nie odmawiaj, jeśli to możliwe,
Kiedy pytamy rano
Całkowicie napełnij kolbę
Co najmniej sto gramów!
Musimy wyznać w przyjazny sposób,
Korzyści z bycia z nami przyjaciółmi:
Rzeczywiście, bez wykorzystania
Nie możesz żyć na tym świecie!!!
Woda to podstawa życia. Na pewno na naszej planecie. Na niektórych Gamma Centauri być może wszystko jest inne. Wraz z nadejściem ery eksploracji kosmosu znaczenie wody dla ludzi tylko wzrosło. Wiele zależy od H2O w kosmosie: od działania samej stacji kosmicznej po produkcję tlenu. Pierwszy statek kosmiczny nie miał zamkniętego systemu „zaopatrzenia w wodę”. Cała woda i inne „zużycia” zostały początkowo zabrane na pokład z Ziemi.
„Poprzednie misje kosmiczne – Merkury, Bliźnięta, Apollo zabierały ze sobą wszystkie niezbędne zapasy wody i tlenu oraz wyrzucały w kosmos płynne i gazowe odpady” – wyjaśnia Robert Bagdigian z Centrum Marshalla.
Krótko mówiąc: systemy podtrzymywania życia astronautów i astronautów były „otwarte” - polegali na wsparciu z ich rodzinnej planety.
O jodze i statku kosmicznym Apollo, roli toalet i opcjach (UdSSR lub USA) utylizacji odpadów na wczesnych statkach kosmicznych opowiem innym razem.
– Potrzebujesz utylizacji odpadów?
Bóg…
Oczywiście nie odpowiedziałem. Włączył ssanie i próbował zapomnieć o zaciekawionym spojrzeniu gada, wiercącego mu plecy. Nienawidzę tych drobnych problemów domowych.
/"Gwiazdy to zimne zabawki", S. Lukyanenko/
Powrót do wody i O2.
Dziś ISS ma częściowo zamknięty system regeneracji wody, a ja postaram się opowiedzieć o szczegółach (o ile sam to sobie wymyśliłem).
Według GOST 28040-89 (Nie wiem nawet, czy nadal działa) „System podtrzymywania życia astronauty w załogowym statku kosmicznym” System podtrzymywania życia astronauty to „Zestaw funkcjonalnie połączonych środków i środków zaprojektowanych w celu stworzenia warunków w mieszkalnym przedziale załogowego statku kosmicznego które zapewniają utrzymanie wymiany energii i masy ciała astronauty z otoczeniem na poziomie niezbędnym do utrzymania jego zdrowia i sprawności. Kosmonauta LSS obejmuje następujące systemy:
*SVO - system wodociągowy,
* SSS - system zaopatrzenia sanitarno-higienicznego,
*SOP - układ zasilania,
*SOTR - system do zapewnienia warunków termicznych.
Mamy się czym pochwalić.
Robin Carrasquillo, kierownik techniczny projektu ECLSS.
Jak to się wszystko zaczęło (u nas).
1. SYSTEMY WSPIERAJĄCE ŻYCIE W HERMETYCZNYCH KABINACH STRATOSTATÓW, RAKIET I PIERWSZYCH SATELITÓW ZIEMI SZTUCZNEJ
Pierwsza ludzka wizyta w kosmosie Linia Karmana statki kosmiczne były poprzedzone wystrzeleniami balonów stratosferycznych, rakiet i sztucznych satelitów Ziemi, które miały systemy podtrzymywania życia dla ludzi i zwierząt (głównie dla psów).
W balonach stratosferycznych „USSR-1” (1933) i „Osoaviakhim-1” (1934) systemy podtrzymywania życia zawierały rezerwy tlenu kriogenicznego i gazowego; ten ostatni był w butlach pod ciśnieniem 150 atm. Dwutlenek węgla został usunięty za pomocą KPI - chemicznego absorbera wapna zgodnie z reakcją:
Ca (OH) 2 + CO2 \u3d Ca (CO2) + HXNUMXO
KhPI zawierał 95% Ca(OH)2 i 5% azbestu.
Rakiety, które były używane do sondowania w kosmosie, miały kabinę ciśnieniową ze zwierzętami, która zawierała trzy butle na mieszankę powietrza i tlenu. Dwutlenek węgla emitowany przez zwierzęta usuwano za pomocą CPI.
Kapsuła „gwiezdnych psów” Belki i Strelki, w której wrócili na Ziemię:
Na pokładzie pierwszych sztucznych satelitów Ziemi systemy podtrzymywania życia psów zawierały niektóre elementy przyszłego LSS dla astronautów: urządzenie do jedzenia, urządzenie do oczyszczania ścieków; atmosfera została oczyszczona i dostarczono tlen za pomocą związków nadtlenkowych, które pochłaniając dwutlenek węgla i parę wodną uwalniały tlen zgodnie z reakcjami:
2KOH + CO2 = K2 CO3 + H2O
K2 CO3 + H2O + CO2 = 2 KHCO3
2. SYSTEMY WSPOMAGANIA ŻYCIA SATELITÓW BIOLOGICZNYCH ZIEMI TYPU „BION” I „PHOTON”
Satelity biologiczne Ziemiautomatyczny statek kosmiczny "BION" i "PHOTON" przeznaczony do badania wpływu czynników lotu kosmicznego (nieważkości, promieniowania itp.) na organizm zwierzęcia.
Warto zauważyć, że Rosja jest w rzeczywistości jedynym krajem na świecie, który posiada automatyczne statki kosmiczne do badań obiektów biologicznych. Inne kraje są zmuszone do wysyłania zwierząt w kosmos naszymi pojazdami.
W różnych latach opiekunami naukowymi programu BION byli O.G. Gazenko i E.A. Iljina. Obecnie opiekunem naukowym programu BION jest O.I. Orłow, zastępcy - E.A. Ilyin i E.N. Jarmanow.
Satelita biologiczny BION wyposażony jest w systemy zaopatrzenia w wodę i żywienia zwierząt, system kontroli termicznej i wilgotności, system dzienno-nocny, system zasilania składem gazu itp.
System podawania składu gazowego automatycznego statku kosmicznego „BION” i „PHOTON” przeznaczony jest do dostarczania zwierzętom tlenu, usuwania dwutlenku węgla i gazowych mikrozanieczyszczeń w pojeździe zniżającym.
Składniki:
- wkłady z substancją zawierającą tlen i pochłaniaczem szkodliwych mikrozanieczyszczeń;
- wkład z pochłaniaczem dwutlenku węgla i szkodliwych mikrozanieczyszczeń;
- wentylatory elektryczne;
- czujniki wskazujące sprawność wentylatorów i szczelność ścieżek gazowych;
— analizator gazów;
- jednostka sterująca i monitorująca.
System zapewnia komfortowe warunki w środowisku gazowym zjeżdżającego pojazdu (zamknięta hermetyczna objętość zawierająca 4,0-4,5 m innych szkodliwych zanieczyszczeń. Włączanie i wyłączanie mikrokompresorów umożliwia uzyskanie określonego składu atmosfery obiektu.
Zasada działania: powietrze obiektu pompowane jest wentylatorem przez wkład regeneracyjny, gdzie jest oczyszczane z CO2 i szkodliwych zanieczyszczeń oraz wzbogacane w tlen.
Nadmiar dwutlenku węgla jest usuwany poprzez okresowe włączanie wkładu absorpcyjnego. Wkład absorpcyjny zapewnia również czyszczenie ze szkodliwych zanieczyszczeń. System współpracuje z jednostką kontrolno-monitorującą oraz analizatorem gazów dla tlenu i dwutlenku węgla. Gdy ciśnienie parcjalne tlenu spada do 20,0 kPa, włączany jest pierwszy wkład regeneracyjny.
Jeżeli ciśnienie parcjalne tlenu jest większe lub równe 20,8 kPa, wkład regeneracyjny jest wyłączany i ponownie włączany przy ciśnieniu parcjalnym tlenu 20,5 kPa. Włączenie drugiego i kolejnych wkładów następuje przy cząstkowym ciśnieniu tlenu 20,0 kPa (z zastrzeżeniem spadku stężenia), a wkłady poprzednio włączone nadal działają.
Wkład absorpcyjny jest włączany okresowo przy ciśnieniu cząstkowym dwutlenku węgla 1,0 kPa, a wyłączany przy ciśnieniu cząstkowym dwutlenku węgla 0,8 kPa, niezależnie od pracy wkładu regeneracyjnego.
3. SYSTEMY WSPIERAJĄCE ŻYCIE OPARTE NA MAGAZYNACH DLA ZAŁOGI STATKÓW KOSMICZNYCH WOSTOK, WOSHOD, SOJUZ, MERKURY, GEMINI, APOLLO, TYPY WAHADŁOWE STACJI ORBITALNEJ SKYLEB
Systemy podtrzymywania życia radzieckich statków kosmicznych, takich jak „Wostok”, „Woschod”, „Sojuz”, a także amerykański „Merkury”, „Gemini”, „Apollo” i wahadłowiec transportowy „Shuttle” opierały się całkowicie na dostarczeniu materiałów eksploatacyjnych/u]: tlenu, wody, żywności, środków do usuwania CO2 oraz szkodliwych mikrozanieczyszczeń.
4. REGENERACJA SYSTEMÓW PODTRZYMANIA ŻYCIA W OPARCIU O PROCESY FIZYKOCHEMICZNE DLA ZAŁOGI ORBITALNYCH STACJI KOSMICZNYCH SALYUT, MIR, ISS
Funkcjonowanie systemów podtrzymywania życia opartych na zapasach materiałów eksploatacyjnych pobranych z Ziemi ma istotną wadę: ich masa i wymiary rosną wprost proporcjonalnie do czasu trwania ekspedycji kosmicznej i liczby członków załogi. Po osiągnięciu określonego czasu lotu LSS oparte na rezerwach może być przeszkodą w realizacji wyprawy.
W tabeli przedstawiono charakterystykę masy LSS w oparciu o zapasy materiałów eksploatacyjnych w odniesieniu do wyprawy trwającej 50, 100 i 500 dni dla 6-osobowej załogi:
Na podstawie norm zużycia głównych składników LSS, uzyskanych w wyniku wieloletniej praktyki długotrwałych lotów orbitalnych na stacjach takich jak „SALUT”, „MIR” i „ISS” (tlen – 0,96 kg/os. .doba, woda pitna - 2,5 kg/osobodoba, żywność - 1,75 kg/osobodoba itd.), łatwo obliczyć, że wymagana masa zaopatrzenia dla 6-osobowej załogi i osoby w locie 500-dniowym bez uwzględnienia masy tary i systemów magazynowania wyniosłyby ponad 58 ton (patrz tabela). W przypadku stosowania systemów podtrzymywania życia opartych na zapasach materiałów eksploatacyjnych konieczne byłoby stworzenie systemów przechowywania produktów życiowych astronautów: kału, moczu, kondensatu wilgoci atmosferycznej, zużytej wody sanitarno-higienicznej, kuchennej itp.
Co w rzeczywistości jest trudne do zrealizowania lub w ogóle niewykonalne (na przykład lot na Marsa).
W latach 1967-1968 w Instytut Problemów Biomedycznych Ministerstwa Zdrowia ZSRR przeprowadzono unikalny roczny eksperyment medyczno-techniczny z udziałem trzech testerów: G.A. Manovtseva, A.N. Bożko i B.N. Ulbyszew. W eksperymencie z hermetyczną komorą, który trwał 365 dni, przeprowadzono medyczno-biologiczno-techniczną ocenę nowego kompleksu regeneracyjnych systemów podtrzymywania życia.
W skład LSS naziemnego kompleksu laboratoryjnego wchodziły:
*system wytwarzania tlenu, system regeneracji wody z zawilgoconych odpadów testerów, urządzenia sanitarne, szklarnia,
* system aparatury kontrolno-pomiarowej.
Eksperymentalne systemy podtrzymywania życia z regeneracją, oparte na procesach fizycznych i chemicznych, testowane w corocznym eksperymencie medyczno-technicznym, były prototypem regularnych LSS dla załóg stacji orbitalnych Salut, MIR i ISS.
Po raz pierwszy w światowej praktyce lotów załogowych na stacji kosmicznej Salut-4 działał system regeneracji SRV-K - system pozyskiwania wody pitnej z kondensatu przez wilgotną atmosferę. Załoga AA Gubareva i G.M. Grechko używał wody zregenerowanej w systemie SRV-K do picia i gotowania oraz napojów. System działał przez cały załogowy lot stacji. Podobne systemy typu SRV-K pracowały na stacjach Salut-6, Salut-7, MIR.
[u]Rekolekcje:
20 lutego 1986 roku na orbitę weszła radziecka stacja orbitalna „Świat”.
23 marca 2001 r został zatopiony w Oceanie Spokojnym.
Nasza stacja w Mirze została zalana, gdy miała 15 lat. Teraz dwa rosyjskie moduły, które są częścią ISS, mają również po 17. Ale nikt jeszcze nie zatopi ISS ...
Skuteczność zastosowania układów regeneracji potwierdzają wieloletnie doświadczenia eksploatacyjne, np. stacja orbitalna MIR, na pokładzie której podsystemy LSS takie jak:
„SRV-K” - system regeneracji wody z kondensatu wilgoci atmosferycznej,
„SRV-U” – system regeneracji wody z moczu (moczu),
„SPK-U” – system przyjmowania i przechowywania moczu (moczu),
Electron to system generowania tlenu oparty na procesie elektrolizy wody,
„Powietrze” – system usuwania dwutlenku węgla,
„BMP” - blok do usuwania szkodliwych mikrozanieczyszczeń itp.
Podobne systemy regeneracji (z wyjątkiem SRV-U) obecnie z powodzeniem działają na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Gdzie woda jest wydawana na ISS (wciąż nie ma lepszego systemu jakości, przepraszam):
Skład systemu podtrzymywania życia (SOZH) ISS obejmuje podsystem zapewniający skład gazu (SOGS). Skład: środki kontroli i regulacji ciśnienia atmosferycznego, urządzenia do wyrównywania ciśnienia, urządzenia do rozprężania i zwiększania ciśnienia PSF, urządzenia do analizy gazów, układ usuwania szkodliwych zanieczyszczeń z bojowego wozu piechoty, układ usuwania dwutlenku węgla z atmosfery „Powietrze”, środki do oczyszczania atmosfery. Integralną częścią SOGS są instalacje dostarczające tlen, w tym źródła tlenu na paliwo stałe (TEC) oraz system produkcji tlenu Elektron-VM z wody. Podczas pierwszego startu SM miał na pokładzie tylko 120 kg powietrza i dwa generatory tlenu na paliwo stałe TGC.
Kogo to obchodzi→ Transmisja na żywo online z kamery internetowej na ISS.
Aby dostarczyć 30 000 litrów wody na pokład stacji orbitalnej MIR i ISS, konieczne byłoby zorganizowanie dodatkowych 12 startów sondy transportowej Progress, której ładowność wynosi 2,5 tony. Jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że Progresse wyposażone są w zbiorniki wody pitnej typu Rodnik o pojemności 420 litrów, to liczba dodatkowych wodowań transportowca Progress powinna wzrosnąć kilkukrotnie.
Obliczenia dla „Marsjana”:
Na ISS absorbery zeolitowe systemu Vozdukh wychwytują dwutlenek węgla (CO2) i uwalniają go do przestrzeni zewnętrznej. Tlen utracony w składzie CO2 jest uzupełniany w wyniku elektrolizy wody (jej rozkład na wodór i tlen). Odbywa się to na ISS przez system Electron, który zużywa 1 kg wody na osobę dziennie. Wodór jest obecnie wypuszczany za burtę, ale w przyszłości pomoże przekształcić CO2 w cenną wodę i emitowany metan (CH4). I oczywiście na wszelki wypadek na pokładzie są bomby tlenowe i butle.
[
Centrum][/ środek]
Łazienka na stacji kosmicznej wygląda tak:
W module serwisowym ISS wdrożono i funkcjonują systemy oczyszczania Vozdukh i BMP, ulepszone systemy odzysku skroplin SRV-K2M i wytwarzania tlenu Elektron-VM, a także system zbierania i konserwacji moczu SPK-UM. Wydajność ulepszonych systemów została zwiększona ponad 2-krotnie (zapewnia podtrzymywanie życia załodze do 6 osób), a koszty energii i masy zostały zmniejszone. W ciągu pięcioletniego okresu (dane za 2006 rok) ich eksploatacji zregenerowano 6,8 tony wody i 2,8 tony tlenu, co pozwoliło zmniejszyć masę ładunku dostarczanego do stacji o ponad 11 ton. Opóźnienie z włączeniem systemu regeneracji wody moczowej SRV-UM do kompleksu LSS nie pozwoliło na regenerację 7 ton wody i zmniejszenie masy dostarczanej.
„Drugi front” — Amerykanie
Woda przemysłowa z aparatury amerykańskiej ECLSS jest dostarczany do systemu rosyjskiego i amerykańskiego OGS (Oxygen Generation System), gdzie jest następnie „przerabiany” na tlen.
Proces odzyskiwania wody z moczu to złożony problem techniczny: „Mocz jest znacznie „brudniejszy” niż para wodna, wyjaśnia Carrasillo, Może korodować metalowe części i zatykać rury.”. system ECLSS (wideo) wykorzystuje proces zwany destylacją kompresyjną do oczyszczania moczu: mocz jest gotowany, aż woda z niego zamieni się w parę. Para — naturalnie oczyszczona woda w stanie pary (bez śladów amoniaku i innych gazów) — unosi się do komory destylacyjnej, pozostawiając skoncentrowaną brązową zawiesinę zanieczyszczeń i soli, którą Carraskillo łaskawie nazywa „solanką” (która jest następnie wyrzucana na zewnątrz). przestrzeń). Para następnie ochładza się, a woda skrapla się. Powstały destylat miesza się z wilgocią skondensowaną z powietrza i filtruje do stanu zdatnego do picia. System ECLSS jest w stanie odzyskać 100% wilgoci z powietrza i 85% wody z moczu, co odpowiada całkowitej wydajności około 93%.
Powyższe dotyczy jednak pracy systemu w warunkach naziemnych. W kosmosie powstaje dodatkowa komplikacja - para nie unosi się: nie jest w stanie wznieść się do komory destylacyjnej. Dlatego w modelu ECLSS dla ISS „...obracamy system destylacji, aby wytworzyć sztuczną grawitację w celu oddzielenia pary i solanki”, wyjaśnia Carraskillo.
]Perspektywy:
Znane są próby uzyskania syntetycznych węglowodanów z produktów odpadowych astronautów dla warunków wypraw kosmicznych według schematu:
Zgodnie z tym schematem produkty odpadowe są spalane z wytworzeniem dwutlenku węgla, z którego w wyniku uwodornienia powstaje metan (Reakcja Sabatiera). Metan może zostać przekształcony w formaldehyd, z którego w wyniku reakcji polikondensacji (Reakcja Butlerowa) są utworzone węglowodany-monosacharydy.
Jednak powstałe węglowodany monosacharydowe były mieszaniną racematów — tetroz, pentoz, heksoz i heptoz — bez aktywności optycznej.
Około. Boję się nawet pomyśleć o możliwości zagłębienia się w „wiki wiedzy”, aby zrozumieć znaczenie tych terminów.
Współczesne LSS, po ich odpowiedniej modernizacji, mogą posłużyć jako podstawa do stworzenia LSS niezbędnego do eksploracji kosmosu. Kompleks LSS pozwoli zapewnić niemal całkowite odtworzenie wody i tlenu na stacji i może być podstawą kompleksów LSS dla planowanych lotów na Marsa i organizacji bazy na Księżycu.
Dużo uwagi poświęca się tworzeniu systemów zapewniających najpełniejszy obieg substancji. W tym celu najprawdopodobniej wykorzystają proces uwodornienia dwutlenku węgla zgodnie z reakcją Sabatiera lub Buduar Boscha, który pozwoli zrealizować obieg tlenu i wody:
CO2 + 2H2 = C + 2H2O
W przypadku egzobiologicznego zakazu uwalniania CH4 do próżni przestrzeni kosmicznej metan może zostać przekształcony w formaldehyd i nielotne węglowodany monosacharydowe w następujących reakcjach:
polikondensacja
nCH2O - ? (CH2O)n
Ca(OH)2
Pragnę zauważyć, że źródłami zanieczyszczenia środowiska na stacjach orbitalnych oraz podczas długich lotów międzyplanetarnych są:
– materiały do budowy wnętrz (polimerowe materiały syntetyczne, lakiery, farby);
- osoba (podczas pocenia się, pocenia się, z gazami jelitowymi, podczas czynności sanitarno-higienicznych, badań lekarskich itp.);
- działający sprzęt elektroniczny;
- powiązania systemów podtrzymywania życia (urządzenie do odstawienia - ACS, kuchnia, sauna, prysznic);
И многое другое.
Oczywiście konieczne będzie stworzenie automatycznego systemu kontroli operacyjnej i zarządzania jakością siedliska. Jakieś ASOKUKSO?
Oj, nie bez powodu w Baumance specjalność w LSS KA (E4.*) została nazwana przez studentów:
TYŁEK
...który został rozszyfrowany jako:
Жz zewnątrzОopieka Пpilotowany Аurządzenia
Kompletny, że tak powiem, jeśli spróbujesz się zagłębić.
Zakończenie: może nie wziąłem wszystkiego pod uwagę i gdzieś pomieszałem fakty i liczby. Następnie uzupełniaj, poprawiaj i krytykuj.
To „słowo” podsyciła ciekawa publikacja: „Warzywa dla astronautów: jak uprawia się świeże warzywa w laboratoriach NASA”, który został przeciągnięty do dyskusji przez moje najmłodsze dziecko.
Mój syn zaczął dzisiaj w szkole zakładać „gang badawczy”, aby uprawiać sałatę pekińską w starej kuchence mikrofalowej. Zapewne postanowili zaopatrzyć się w zieleń podczas podróży na Marsa. Będziesz musiał kupić starą mikrofalówkę w AVITO, ponieważ moje nadal działają. Nie łam się mimo wszystko celowo?
Tak jak obiecałem marks@marks, jeśli coś się uda, wrzucę zdjęcia i wynik do GIC. Wyhodowaną sałatkę mogę wysłać pocztą rosyjską zainteresowanym, oczywiście za opłatą.
Podstawowe źródła:
ACT SPEECH Doktor nauk technicznych, profesor, honorowy naukowiec Federacji Rosyjskiej Yu.E. SINYAK (RAS) „SYSTEMY WSPIERAJĄCE ŻYCIE DLA OBIEKTÓW KOSMICZNYCH (Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość)” / Moskwa październik 2008. Główna część tekstu.
„Live Science” (http://livescience.ru) – Regeneracja wody na ISS.
JSC NIIhimmash (www.niichimmash.ru). Publikacje pracowników JSC NIIkhimmash.
Sklep internetowy „Astronauci żywności”
Wykorzystane zdjęcia, filmy i dokumenty:
www.geektimes.ru/post/235877 (Philip Terekhov@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.aviaru.rf
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.pliki.polkrf.ru
Wielka radziecka encyklopedia (www.bse.uaio.ru)
www.vokrugsveta.ru
informacja