Кондиционер на орбите: как сохраняется дыхательная среда на МКС
Сто пятнадцать лет назад впервые заработала система поддержания заданной температуры в помещении, другими словами - первый кондиционер. Так появилась возможность формирования дыхательной среды в замкнутых пространствах, что дает перспективы строительства пригодного для человека жилища на других планетах.
Эта идея сейчас тестируется на МКС: там установлена система регенерации воздуха, разработанная советскими и российскими инженерами, - по сути, сильно усовершенствованный кондиционер.
Если в схему устройства обычного кондиционера входят лишь конденсатор, терморегулирующий вентиль, испаритель и компрессор (это упрощенная схема компрессионного кондиционера), то в схему обеспечения Международной космической станции воздухом, пригодным для дыхания, включены 16 сложнейших многокомпонентных устройств, связанных друг с другом.
Усложнение системы идет от задачи сэкономить на доставке воздуха и воды, ведь каждый килограмм груза, попавший на борт, стоит очень дорого (2 380 долларов с помощью ракеты "Протон" или 4 242 доллара с помощью "Союза-2"). Понятно, что система жизнеобеспечения, построенная на принципе круговорота воздуха и воды, смогла бы существенно снизить расходы на космические полеты, поэтому еще в 60-х годах советским ученым и инженерам была поставлена такая задача.
Сейчас МКС живет на российских системах. Источниками воды и кислорода на борту станции являются продукты жизнедеятельности человека: пот и выдыхаемая влага, собираемые в системе кондиционирования атмосферы (конденсат атмосферной влаги), а также урина и углекислый газ. Кроме того, используются влага, испаряемая растениями, санитарно-гигиеническая вода, а также вода из технических систем - например, топливных элементов электрохимического генератора.
Для обеспечения нужной газовой среды на МКС действуют системы, разработанные в Научно-исследовательском и конструкторском институте химического машиностроения: система электролизного получения кислорода из регенерированной воды, очистки атмосферы от микропримесей, очистки атмосферы от углекислого газа и его концентрирования, а также система утилизации углекислого газа путем его разложения на воду и метан по методу Сабатье.
Для контроля газовой смеси постоянно производятся замеры содержания водорода, азота, аммиака, ацетона и других примесей. Содержание их на станции обычно не превышает нормативы.
Каждая из этих шестнадцати систем устроена гораздо сложнее, чем обыкновенный кондиционер. Вот, например, СБМП (Система бортовой очистки от микропримесей воздуха служебного модуля) имеет пять фильтров, каждый из которых выполняет свою функцию.
Один проводит предварительную очистку; другой (ФОА) нужен для того, чтобы поглощать из атмосферы и удерживать "тяжелые" углеводороды (этан, пропан, бутан); третий (ЗПЛ) очищает от "легких" и "среднесорбируемых" примесей, используя для этого космический вакуум; четвертый фильтр (ПКФ) предназначен для окисления водорода, угарного газа и сероводорода; пятый (ПКФ-Т) работает на устранение метана и угарного газа.
Сейчас перед специалистами НИИ химического машиностроения поставлена новая грандиозная задача - обеспечение выживания экипажей в длительных космических полетах. Это значит, что рядом с космонавтами уже не будет наземных служб, которые смогут в любой момент прийти на помощь. С одной стороны, понадобится снабдить корабль всем необходимым, с другой - не перегрузить его. Таким образом, рассчитываются необходимые дополнения к существующей системе, которая вполне может обеспечить воздухом и водой первое поколение людей на новой планете.
