Откуда берутся вода и кислород на МКС? От Белки и Стрелки до МКС. Часть 1.

Вся вода, которая присутствует на космической станции, доставляется грузовыми кораблями. Она расходуется для питания, гигиенических процедур, поддержки технических систем корабля. Техники просчитывают буквально каждый грамм лишнего веса, поэтому невозможно взять ее с запасом. На борту с огромным количеством суперсовременной техники, ученые и инженеры работают в условиях строгой экономии воды.

Что пьют, как купаются и где стирают одежду космонавты

Любая повседневная процедура в условиях открытого космоса превращается в приключение с множеством нюансов. Для простых гигиенических нужд запасов воды не предусмотрено. Принять полноценный душ или постирать одежду в космосе невозможно. Сложно представить, какой бы «аромат» стоял в отсеках станции, если бы не отлаженная процедура утилизации. Способов два: каждый использованный комплект одежды упаковывается в вакуумный пакет и затем попросту выбрасывается наружу, чтобы бесследно сгореть в атмосфере нашей планеты, второй вариант более сложен – вещи отправляются на Землю обратными рейсами грузовых космических кораблей.

Единственный случай настоящей стирки в условиях невесомости случился, когда американский астронавт предпочел не расставаться с парой любимых шорт. Чтобы очистить вещь, он засунул одежду пакет, залил водой и хорошенько взболтал. Ученые создают специальную одежду с бактерицидными свойствами, волокна которой не поддерживают развитие микрофлоры, продуцирующей неприятный запах.

Запасы питьевой воды на орбитальных станциях точно просчитаны и распределены. Российские космонавты в сутки могут расходовать 2,2 литра. Этого количества достаточно для поддержки жизнедеятельности, причем выпивается всего 750 миллилитров

Еду для космических обитателей земляне привыкли представлять в виде набора разноцветных тюбиков со знакомыми кулинарными названиями: борщ, пюре или компот. Такой формат был изобретен еще в 60-х прошлого века.

На замену ему пришли сухие сублимированные смеси, которые на борту корабля заливаются горячей водой, и пускай выглядят не очень аппетитно, но обеспечивают необходимым количеством питательных веществ. В каждом пакете есть горлышко для заливки воды, а сам процесс приготовления напоминает дозаправку самолета в воздухе. Дополняется рацион жидких блюд порционно упакованные ломтики хлеба, консервы и даже популярные драже M&M. Пить и есть космонавтам приходится очень внимательно, тщательно просчитывая и координируя каждое действие. Любая неточность – и свежезаваренный чай с лимоном или порция куриного бульона красивыми шариками разлетится по всему отсеку.

Еще тридцать лет назад на станции оборудовались настоящими душевыми кабинками. Космонавт раздевался, заходил внутрь отсека с герметичной дверцей и попадал под душ из крошечных пузырьков воды. Дышать в такой среде приходилось через специальную трубку. После процедуры использованная вода засасывалась специальным пылесосом, и только потом можно было выйти из кабины.

Банные мероприятия в условиях невесомости были сочтены трудоемкими и нерентабельными, поэтому кабины были демонтированы, а космонавтам пришлось довольствоваться влажными салфетками с антибактериальными веществами. В их составе не должно быть спирта в целях пожарной безопасности, и ароматических добавок.

Процесс мытья головы также сведет к минимуму – на волосы наносится специальное средство, которое не требует смывания. Мужчинам с короткой стрижкой в этом плане намного проще, а астронавткам с пышной шевелюрой приходится смачивать волосы теплой водой, затем расческой наносить сухой шампунь и протереть полотенцем. Российские ученые разработали космический шампунь, который не образовывает пены.

Российские космонавты пьют чистую родниковую воду, доставленную с Земли в 22-литровых бутылях. Перед отправкой она проходит очистку серебряными фильтрами. За год космическая станция потребляет всего 8 кубических метров воды

Чем дышать в космосе

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 а, 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.

Обратная сторона космического быта

В космосе приходится не только жестко экономить воду, еще нужно каждый день куда-то девать ту часть воды, которая используется для личной гигиены и даже просто испаряется с кожи космонавтов. Наличие водяной пары в воздухе станции, станет причиной оседания конденсата и выхода из строя сложной техники. Чтобы этого не произошло, внутри жилой зоны поддерживается стабильная температура. Космонавты обязательно должны регулярно заниматься спортом, и чтобы капельки пота не летали вокруг, они постоянно вытирают себя полотенцами.

Сжечь в атмосфере грязную одежду и другие отходы жизнедеятельности космонавтом не составляет проблемы. А вот потерять хотя бы каплю даже использованной воды нельзя. Любая влага на космической станции собирается и запускается в циклы повторного использования. Ее аккумулируют из атмосферы, куда она попадает в результате работы кислородно-водородных топливных элементов, проведения гигиенических процедур и дыхания астронавтов.

Повторное использование воды – один из самых актуальных трендов на Земле, а в космосе – это просто жизненная необходимость. Годовой расход питьевой воды на всю станцию равняется месячной квартирной норме не очень экономной городской семьи (нормы водопотребления и способы сократить расход воды освещались в предыдущих статьях). Группа космонавтов целый год делит объем небольшого плавательного бассейна.

Современные системы восстановления бытовых стоков до кристально чистой питьевой воды используются во многих странах. Этот фактор во многом определяет экологический статус государства. Уже есть города, которые не загрязняют стоками окружающую среду, а обеспечивают за их счет львиную долю собственных нужд.

В космосе технологии создания воды из отходов, о которых в воспитанном обществе принято дипломатично умалчивать, доведены до совершенства.

Естественные процессы человеческого тела не зависят даже от экстремальных космических условий. Каждые сутки один астронавт выделяет до2 килограммов биологических отходов. Твердые фракции собираются, чтобы сгореть в атмосфере, а с жидкостей еще можно извлечь пользу

Что такое МКС и когда люди начали на ней жить?

Международная космическая станция является обитаемым орбитальным спутником, находящимся на высоте 354 километра и совершающим полный оборот вокруг нашей планеты каждые 90 минут, в результате чего экипаж МКС каждый день становится свидетелем 16 заходов и восходов Солнца. Такой масштабный проект, как МКС, не ведется одной-единственной страной. В нем принимают участие Россия (агентство Роскосмос), США (NASA), Япония (JAXA), несколько европейских стран (ESA), а также Канада (CSA). Другими словами, МКС была построена благодаря сотрудничеству всех этих стран. Каждое из космических агентств этих стран регулярно отправляет астронавтов (или космонавтов, если говорить о России) в экспедицию на МКС, время которой может составлять до шести месяцев. Первая такая экспедиция произошла 31 октября 2000 года. Одновременно на станции могут жить до десяти человек. Минимальное же количество членов экипажа может составлять два-три человека.

Вода из урины – миф или космическая реальность?

Из переработанной урины на космических станциях получают техническую воду для потребностей оборудования. Инновационные системы очистки воды позволяют восстановить до 6000 литров ежегодно. Они вытянут всю доступную влагу из пота, выдыхаемого воздуха и бытовых отходов из санузла.

Несмотря на жесткий дефицит питьевой воды в космосе, мнения астронавтов по поводу употребления в пищу воды, полученной из мочи оказались противоположными. Американские ученые Международной космической станции спокойно относятся к происхождению воды, и с легкостью пьют переработанные и очищенные отходы.

Россияне заняли принципиальную позицию, и категорически не согласны с такой практикой, несмотря на заверение зарубежных коллег, что она не просто не отличается от обычной, а даже качественнее из-за многократной очистки. Запасы питьевой воды они восполняют только за счет сбора конденсата.

Альтернативной технологий станет получения воды из углекислого газа, но она пока на стадии разработки. Это поможет спроектировать 100% замкнутые системы жизнеобеспечения и упростить процесс утилизации продуктов дыхания человека.

Ввиду нехватки пресной воды на земле, остается надеяться, что человечество в ближайшее время образумится, иначе придется пить собственные нечистоты, хоть и переработанные.

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)

«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 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 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.

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 а, 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 (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.

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.

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?

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?

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» (https://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 онлайн 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

Россия удивит Запад восстановлением экономики

В Москве в Российской академии наук прошла очередная, 13-я по счету, общероссийская конференция по космической биологии и авиакосмической медицине. Корреспонденту газеты «Наше время» удалось побеседовать с одним из участников космического форума – заместителем директора Института медико-биологических проблем доктором медицинских наук, профессором Валерием Богомоловым.

Темой интервью стала работа Международной космической станции (МКС). Кроме того, Валерий Васильевич подробно рассказал о проблемах обеспечения здоровья и нормальной работы космонавтов на орбите.

«Зубы в космосе пока никто не вырывал, но оказывать стоматологическую помощь на орбите приходилось»

— Что представляет собой система медицинского обеспечения работы МКС?

— Международная космическая станция, безусловно, является важным этапом в развитии современных технологий освоения космоса. Станция функционирует в рабочем режиме более пяти лет. Сейчас там работает уже 13-й основной экипаж. За это время были созданы многосторонние медицинские советы по сохранению здоровья экипажей. В их состав входят представители всех стран, участвующих в проекте МКС. Кроме России и NАSA (американское космическое агентство) там представлены: ESA (Европейское космическое агентство), Канадское космическое агентство и Японское агентство по космосу.

— Какие медико-биологические требования предъявляются к среде обитания экипажа МКС?

— В плане санитарно-гигиенического обеспечения работы станции важнейшим является контроль среды обитания космонавтов. В настоящее время созданы медицинские подгруппы по радиации, питанию, профилактике и другим разделам космической медицины, которые признают среду обитания на МКС безопасной. Но тем не менее, когда на станцию приходят наши корабли («Союзы») и транспортные грузовики («Прогрессы»), мы каждый раз фиксируем всплеск уровня загрязненности среды обитания на МКС. Поэтому после каждой стыковки системы очистки МКС работают достаточно интенсивно и напряженно. Причем микробиологический контроль осуществляется не только в воздушной среде МКС, но и на поверхностях ее интерьера, и в воде, которая используется на станции. Продукты питания в основном не требуют микробиологического контроля, так как проходят его на Земле.

В данное время на МКС не совсем благоприятная акустическая обстановка – повышенный уровень шумов. В основном из-за работы пылесборников и вентиляторов. С шумами борются посредством защитных экранов, на МКС поставляется оборудование, которое меньше шумит. В результате уровень шумов на станции за последние годы постепенно уменьшился, но все равно остается более высоким, чем утвержденные нормативы. Поэтому экипаж МКС вынужден во время полета защищать себя от повышенного уровня шума индивидуально. Как правило, это всем известные на Земле беруши. Также на станции используются специальные зоны отдыха.

Что касается радиационных условий на МКС, то сегодня они абсолютно нормальные. В прошлом во время эксплуатации МКС были периоды повышенной солнечной активности, когда объявлялись так называемые периоды особого контроля радиационной обстановки и особых действий экипажа. Но последние четыре экспедиции на МКС проходят у нас в условиях спокойной и прогнозируемой радиационной обстановки, и те дозы, которые получает экипаж, значительно меньше, чем нормативные.

Весьма важным для нормальной работы экипажа МКС является также поддержание нормальной работоспособности медицинской аппаратуры и медицинских тренажеров станции. У нас долгое время были проблемы с американской «беговой дорожкой». Этот тренажер в принципе весьма сложная система со специальной виброизоляцией, препятствующей передаче ударов на корпус станции, чтобы исключить влияние на работу аппаратуры МКС. К сожалению, американский тренажер оказался ненадежным, без достаточных ресурсов для нормальной и продолжительной работы. Первое время его приходилось часто ремонтировать. Сейчас эти проблемы решены, дорожка работает, однако необходимо учитывать, что для будущего увеличенного экипажа МКС потребуется еще один такой тренажер.

Проблемы на МКС были не только с американским тренажером, но и с некоторыми российскими. Например с нашим велоэргометром, который уже выработал свой рабочий ресурс, и часть его элементов нуждалась в плановой замене. Во всяком случае, вся тренажерная база МКС требует постоянного контроля и технической поддержки. А тренажеров на МКС множество. Без них в принципе невозможна нормальная работа экипажей. Чем тщательнее космонавты выполняют предписанные физические тренировки на борту и всю комплексную программу медицинской профилактики, тем лучше они себя чувствуют как во время полета, так и после него.

— Известно, что ни один человек, даже самый тренированный и подготовленный, не застрахован от болезней и проблем со здоровьем. Какие заболевания наиболее характерны для космонавтов, особенно в длительном полете?

— На МКС серьезных клинических проблем пока, слава богу, не было. Но в более отдаленном прошлом подобные ситуации возникали. Причем даже такого порядка, когда требовалось прекращать полет. Это касалось и функциональных нарушений здоровья космонавтов, проблем с сердечно-сосудистой деятельностью, воспалительных заболеваний, болезней зубов. Кстати, в число средств оказания медицинской помощи на орбите входит и медицинская стоматологическая укладка. Зубы в космосе пока никто не вырывал, но оказывать стоматологическую помощь на орбите приходилось.

Еще одна проблема: во время длительного полета в условиях невесомости из организма человека вымывается кальций. Причем вымывается через почки, что может спровоцировать почечные заболевания и даже образование камней. Такие эпизоды на орбите мы уже наблюдали.

Вообще надо отметить, что на определенном этапе развития космической медицины главным требованием было абсолютное здоровье космонавта. Сегодня уровень развития космической медицины позволяет нам решить отдельные проблемы со здоровьем членов экипажей.

— Существует ли разница в основных принципах медицинской подготовки российских и американских экипажей?

— В начале эксплуатации МКС наши методики разнились. Американская космическая программа была ориентирована прежде всего на кратковременные полеты. Разработка медико-биологических мероприятий по защите человека от неблагоприятных факторов долговременного пребывания в космосе долгое время считалась для американцев неактуальной.

Однако сегодня в США происходит переориентация технических проектов и научных сил на перспективные космические проекты по освоению Луны, Марса и дальнего космоса.

Что касается российской программы по освоению космоса и межпланетных перелетов, то она началась еще во времена Королева. И мы наращивали длительность космических полетов вовсе не для установления неких абстрактных мировых рекордов, а для изучения возможностей и ресурсов организма человека при долговременном пребывании в космосе. Подобные научные и медицинские разработки совершенно необходимы для подготовки длительных межпланетных перелетов.

Необходимо добавить, что система медицинского обеспечения на МКС является интегрированной – все лучшее нами берется из разных систем, как российской, так и американской. Например, тренажерная база и средства медицинской помощи одинаково доступны всему экипажу МКС. Общими являются и средства обеспечения нормальной среды обитания. Хотя большая часть систем жизнеобеспечения, в том числе регенерации воздуха и его очистки, сосредоточена на российском служебном модуле. Это базовые разработки тех систем, которые применялись еще на наших «Салютах» и на «Мире». Поэтому можно сказать, что на МКС российский воздух.

— Какие научные разработки и эксперименты в области космической медицины ваши сотрудники планируют провести в ближайшем будущем?

— Уже в следующем году у нас начнет осуществляться эксперимент «Марс-500», во время которого будут отрабатываться элементы санитарно-гигиенического обеспечения длительного космического полета. Основная группа участников проекта «Марс-500» будет состоять из 6 человек. Параллельно будет проведен еще целый ряд так называемых сателлитных экспериментов. Например, изучение и сравнение различных мер и методик медицинской профилактики во время длительного космического полета, проблема радиационной и магнитной защиты космонавтов.

На эту тему

Необходимо напомнить, что Институт медико-биологических проблем был создан в 1964 году именно для решения задач медицинского обеспечения длительных космических полетов. Это было и остается базовой задачей нашего института. Но в космической медицине, помимо собственно обеспечения и сохранения жизни и здоровья человека, его долголетия, имеется еще один крайне важный аспект.

Это исследовательская, фундаментальная часть: изучение поведения живых систем – микроорганизмов, животных и растений. Подобные знания весьма важны для человека на Земле, потому что в некотором роде вся наша планета есть большой космический корабль, на котором также существуют и взаимодействуют множество сложных живых систем, и нам жизненно необходимо знать и понимать принципы их работы.

На МКС стартовал необычный эксперимент: космонавты смогут сами вылечить зубы

– Полное название эксперимента, который проходит по шифром «ЛОР», звучит, как: «Исследование состояния лор-органов, пародонта и твердых тканей зубов у космонавтов в условиях космического полета», — поясняет Попова. — Мы начали его в апреле, когда прилетел нынешний российский экипаж — Анатолий Иванишин и Иван Вагнер. Через два-три дня мы уже провели первый сеанс.

К слову, этот эксперимент родился не на пустом месте. В 2006 году ИМБП, по словам Поповой, уже проводил исследование под кодовым названием БИМС (Бортовая интегрированная медицинская система), которое было посвящено изучению лор-органов, кожных покровов и частично — стоматологии. В нем специалисты впервые отрабатывали методики, аппаратуру. Все это показало свою эффективность. В процессе того эксперимента довелось даже по-настоящему полечить зубы и уши нашим космонавтам на борту.

Теперь по результатам прежнего эксперимента появилось более узкопрофильное оборудование для лечения лор-органов и пародонта (комплекса тканей, окружающих зубы, самих зубов, слизистой рта).

В «ЛОРе» впервые используется только российское оборудование и свое же программное обеспечение.

– Наверняка, у американцев тоже есть подобное оборудование?

– Есть. Но наше не хуже, а некоторые его компоненты даже превосходят западные аналоги. Например, интерфейс нашей программы гораздо удобнее, мы делали его сами с учетом того, чтобы космонавтам было интересно, просто и понятно с ним работать.

– Расскажите, как космонавт может сам себя обследовать?

– С учетом того, что в последнее время наши ребята могут летать по одному, мы действительно обновили систему с расчетом на самостоятельное обследование полости рта, горла, носа и уха. Аппаратура, как в кабинете обычного лор-врача, снабжена хорошей светодиодной подсветкой. То, что «видит» камера, появляется на мониторе. Только не в обычном масштабе, а в увеличенном, чтобы видно было все возможные нюансы. Видеофайл и снимки предположительно пострадавших органов тут же отправляются на Землю. В случае выявленной патологии космонавту на борт по закрытому каналу незамедлительно отправляется письмо с рекомендацией по поводу того, какие лекарства надо извлечь из бортовой аптечки и полечиться.

– Как часто экипаж прибегает к системе в полете?

– Согласно плану эксперимента, это должно происходить примерно раз в месяц. Но в случае, если член экипажа почувствует какой-то дискомфорт, воспаление, он должен обследоваться незамедлительно. Когда в предыдущие годы мы только отрабатывали стоматологическую самопомощь, экипаж очень часто пользовался аппаратно-программной системой, чтобы рассматривать свои зубы. Хорошо, что они честно мне в этом признались в разговоре, и мы вовремя отправили на орбиту запасную галогеновую лампу.

– Насколько часто и почему страдают зубы и пародонт в условиях космического полета?

– Зубы и пародонт очень зависят от состояния всей костной системы, которая, как известно, одной из первых страдает в условиях невесомости. Поэтому чаще, чем на Земле, нарушается эмаль, выпадают пломбы, возникает кариес.

– Космонавты могут даже пломбировать себе зубы?

– Раньше в укладке был пломбировочный материал. Теперь это не приветствуется, все-таки закрытие полости зуба, выполненное не профессионалами, чревато воспалением.

Эксперимент рассчитан на несколько лет — до 2024 года. Если программа по обслуживанию МКС будет продлена, то будет продолжен и «ЛОР».