De onde vêm a água e o oxigênio na ISS?

Hino 13 departamentos.

Nós não somos astronautas, não somos pilotos,
Nem engenheiros, nem médicos.
E nós somos encanadores:
Nós dirigimos a água da urina!
E não faquires, irmãos, como nós,
Mas, sem nos gabarmos, dizemos:
Ciclo da água na natureza nós
Vamos repetir em nosso sistema!
Nossa ciência é muito precisa.
Você apenas dá um golpe no pensamento.
Vamos destilar as águas residuais
Em caçarolas e compota!
Dirija todas as estradas leitosas
Você não vai perder peso ao mesmo tempo
Com total auto-suficiência
Nossos sistemas espaciais.
Afinal, até os bolos são excelentes,
Lula Kebab e Kalachi
Em última análise, a partir da fonte.
Material e urina!
Não recuse, se possível
Quando pedimos de manhã
Encha o balão no total
Pelo menos cem gramas cada!
Devemos admitir de uma maneira amigável,
O que é benéfico ser nosso amigo:
Afinal, sem disposição
Neste mundo para não viver !!!

(Autor - Varlamov Valentin Filippovich - pseudônimo V.Vologdin)


A água é a base da vida. No nosso planeta, com certeza. Em algum tipo de "Gamma Centauri" tudo é possível de maneira diferente. Com o advento da exploração espacial, a importância da água para os seres humanos aumentou apenas. Depende muito de 2 no espaço, começando pelo trabalho da própria estação espacial e terminando com a produção de oxigênio. A primeira nave espacial não tinha um sistema fechado de "abastecimento de água". Toda a água e outros "consumíveis" foram embarcados inicialmente, de volta da Terra.



“As missões espaciais anteriores - Mercúrio, Gêmeos e Apolo, levaram com eles todo o suprimento necessário de água e oxigênio e despejaram resíduos líquidos e gasosos no espaço ”, explica Robert Bagdigian, do Marshall Center .



Em resumo: os sistemas de suporte à vida de astronautas e astronautas estavam "abertos" - eles contavam com o apoio de seu planeta natal.



Sobre o iodo e a espaçonave Apollo, o papel dos banheiros e das opções (UdSSR ou EUA) para o gerenciamento de resíduos em espaçonaves anteriores, falarei sobre outra ocasião.


Na foto: sistema de suporte à vida da tripulação portátil Apollo 15, 1968

Deixando o reptilóide, nadei até o armário de instalações sanitárias. Virando as costas para o balcão, ele pegou uma mangueira macia e ondulada e desabotoou as calças.
- Necessidade de disposição de resíduos?
Senhor ...
Claro, eu não respondi. Ele ligou a sucção e tentou esquecer o olhar curioso do reptilóide, entediando as costas. Eu odeio esses pequenos problemas cotidianos.

“Estrelas são brinquedos frios”, S. Lukyanenko

Voltarei à água e ao O2.

Hoje, a ISS possui um sistema de recuperação de água parcialmente fechado, e tentarei falar sobre os detalhes (o quanto eu me descobri).



De acordo com GOST 28040-89 (eu nem sei se ainda funciona), "O sistema de suporte à vida do astronauta em uma nave espacial tripulada" - o LSS do cosmonauta é "A totalidade das ferramentas e medidas funcionalmente interconectadas, projetadas para criar condições no compartimento habitado de uma nave espacial tripulada que fornece manter a transferência de energia e massa do corpo do astronauta com o meio ambiente no nível necessário para manter sua saúde e desempenho ". A composição do LSS do astronauta inclui os seguintes sistemas:

* SOGS - sistema de suporte à composição de gás,
* NWO - sistema de abastecimento de água,
* SSGO - sistema de apoio sanitário-higiênico,
* POP - sistema de alimentação,
* COTR - um sistema para garantir o regime térmico.

Você pode se orgulhar. Robyn Carrasquillo, Gerente Técnico de Projetos da ECLSS:

"Os russos estavam à nossa frente nesta área, até as naves Salyut e Mir foram capazes de condensar a umidade do ar e usaram a eletrólise - passando a corrente elétrica pela água - para produzir oxigênio".

Como tudo começou (conosco).

1. SISTEMAS DE VIDA NAS CABINES SELADAS DE STRATOSTATS, FOGUETES E OS PRIMEIROS SATÉLITES ARTIFICIAIS DA TERRA

A primeira visita humana ao espaço além da linha Pocket na espaçonave foi precedida pelo lançamento de balões estratosféricos, foguetes e satélites artificiais da Terra, que tinham sistemas de suporte à vida de pessoas e animais (principalmente para cães).



Nas estratosferas "USSR-1" (1933) e "Osoaviahim-1" (1934), os sistemas de suporte à vida incluíam reservas de oxigênio criogênico e gasoso; o último estava em cilindros sob uma pressão de 150 atm. O dióxido de carbono foi removido usando CPI, um limpador químico de cal, de acordo com a reação: Ca (OH) 2 + CO2 = Ca (CO2) + H2O


O IPC inclui 95% de Ca (OH) 2 e 5% de amianto.

Nos foguetes, com a ajuda de que o som do espaço próximo era realizado, havia uma cabine hermética com animais, que possuía três balões para uma mistura de ar e oxigênio. O dióxido de carbono liberado pelos animais foi removido usando HPI.


Na foto: a cápsula dos "cães-estrela" de Esquilo e Flecha, na qual eles retornaram à Terra.
A bordo dos primeiros satélites artificiais da Terra, os sistemas de suporte à vida de cães incluíam alguns elementos do futuro LSS para astronautas: um dispositivo para comer, um dispositivo de esgoto; a purificação da atmosfera e o suprimento de oxigênio foram realizados com compostos superóxido, que, quando absorvidos pelo dióxido de carbono e pelo vapor de água, liberavam oxigênio de acordo com as reações:

4CO2 + 2 H2O = 3O2 + 4 KOH
2KOH + CO2 = K2 CO2 + H2O
K2 3 + 2 + 2 = 2 3

2. SISTEMAS DE APOIO À VIDA DOS SATÉLITES BIOLÓGICOS DO TIPO DE TERRA "BION" E "PHOTON"

Satélites biológicos da Terra - naves espaciais automáticas "BION" e "PHOTON" são projetadas para estudar a influência de fatores de vôo espacial (ausência de peso, radiação, etc.) no organismo animal. Vale ressaltar que a Rússia é essencialmente o único país no mundo que possui naves espaciais automáticas para pesquisa de objetos biológicos. Outros países são obrigados a enviar animais para o espaço em nossos veículos.



Ao longo dos anos, os supervisores do programa BION foram O.G. Gazenko e E.A. Ilyin. Atualmente, o supervisor do programa BION é O.I. Orlov, deputados - E.A. Ilyin e E.N. Yarmanova.

O satélite biológico "BION" é equipado com sistemas de abastecimento de água e alimentação de animais, sistema de controle térmico de umidade, sistema diurno-noturno, sistema de suporte à composição de gases, etc.



O sistema de suporte à composição de gás para as naves espaciais automáticas BION e PHOTON foi projetado para fornecer oxigênio aos animais, remover dióxido de carbono e impurezas gasosas no veículo de descida.

Composição:

- cartuchos com uma substância que contém oxigênio e um absorvedor de micro-impurezas nocivas;
- cartucho com um absorvedor de dióxido de carbono e micro-impurezas nocivas;
- ventiladores elétricos;
- sensores para indicar a saúde dos ventiladores e a estanqueidade das vias de gás;
- analisador de gases;
- unidade de controle e monitoramento.

O sistema fornece condições confortáveis ​​no meio gasoso do veículo de descida (volume fechado fechado contendo 4,0-4,5 m3 de ar) e consiste em três cartuchos regenerativos e um cartucho absorvente com um ventilador elétrico para cada cartucho, que proporcionam a regeneração do ar por 2, 2, e outras impurezas prejudiciais. Ligar e desligar os microcompressores permite fornecer uma determinada composição da atmosfera do objeto.

Princípio de operação: o ar de um objeto é bombeado por um ventilador através de um cartucho regenerativo, onde é limpo de CO2 e impurezas nocivas e enriquecido com oxigênio.

O excesso de dióxido de carbono é removido ativando periodicamente o cartucho de absorção. O cartucho de absorção também fornece limpeza contra impurezas prejudiciais. O sistema trabalha com uma unidade de controle e monitoramento e um analisador de gases para oxigênio e dióxido de carbono. Quando a pressão parcial do oxigênio cai para 20,0 kPa, o primeiro cartucho regenerativo é ligado.

Se a pressão parcial de oxigênio for maior ou igual a 20,8 kPa, o cartucho regenerativo será desligado e novamente ligado a uma pressão parcial de oxigênio de 20,5 kPa. A inclusão do segundo cartucho e dos cartuchos subsequentes ocorre a uma pressão parcial de oxigênio de 20,0 kPa (sujeita a uma diminuição na concentração), e os cartuchos incluídos anteriormente continuam funcionando.
O cartucho de absorção é ligado periodicamente a uma pressão parcial de dióxido de carbono de 1,0 kPa, desliga a uma pressão parcial de dióxido de carbono de 0,8 kPa, independentemente da operação do cartucho regenerativo.

3. SISTEMAS DE VIDA BASEADOS EM RESERVAS PARA GRUPOS DE NAVIOS ESPACIAIS DO TIPO “VOSTOK”, “NASCER DO SOL”, “UNIÃO”, “MERCÚRIO”, “JEMINI”, “APOLLON”, “SHATTLEY”, ORBIT STANBLE, ORBIT

Os sistemas de suporte de vida das naves soviéticas Vostok, Voskhod, Soyuz, bem como o navio americano Mercury, Gemini, Apollo e Shuttle reutilizável eram baseados inteiramente no suprimento de consumíveis: oxigênio, água, alimentos, removedores de CO2 e contaminantes nocivos.

4. SISTEMAS DE REGENERAÇÃO DE APOIO À VIDA COM BASE EM PROCESSOS FÍSICOS E QUÍMICOS PARA TRIPULAÇÃO DE ESTAÇÕES ESPACIAIS ORBITAIS "SALUT", "MIR", "ISS"

O funcionamento de sistemas de suporte à vida baseados em estoques de consumíveis retirados da Terra tem uma desvantagem significativa: sua massa e dimensões aumentam em proporção direta à duração da expedição espacial e ao número de tripulantes. Ao atingir uma determinada duração do voo, o LSS com base em reservas pode ser um obstáculo para a implementação da expedição.

A tabela mostra as características de massa da SJO, com base nos estoques de consumíveis em relação à expedição com duração de 50, 100 e 500 dias para uma tripulação de 6 pessoas:



Com base nas normas de consumo dos principais componentes do LSS, obtidas como resultado de muitos anos de prática de longos vôos orbitais nas estações SALUT, MIR e ISS (oxigênio - 0,96 kg / pessoa / dia, água potável - 2,5 kg / pessoa / dia, comida - 1,75 kg / pessoa / dia, etc.), é fácil calcular que a massa necessária de suprimentos para uma tripulação de 6 pessoas em um voo de 500 dias sem considerar a tara e sistemas de armazenamento equivaleriam a mais de 58 toneladas (consulte a tabela). No caso de utilização de sistemas de suporte à vida com base no suprimento de consumíveis, seria necessário criar sistemas de armazenamento para os produtos vitais dos cosmonautas: fezes, urina, condensado de umidade atmosférica, água sanitária-higiênica e usada na cozinha, etc.

O que, de fato, é difícil de implementar ou mesmo impossível (vôo para Marte, por exemplo).

Em 1967-1968, um experimento médico e técnico anual único foi realizado no Instituto de Problemas Biomédicos do Ministério da Saúde com três testadores: G.A. Manovtsev, A.N. Bozhko e B.N. Ulybyshev. No experimento com câmara hermética, que durou 365 dias, foi realizada avaliação biomédica e técnica de um novo complexo de sistemas regenerativos de suporte à vida.




A composição do complexo laboratorial do aterro sanitário incluía:

sistema de remoção de dióxido de carbono, sistema para limpar a atmosfera de micro-impurezas prejudiciais,
sistema de geração de oxigênio, sistema de regeneração de água a partir de produtos vitais que contêm umidade dos testadores, equipamento higiênico-higiênico, estufa, sistema de instrumentação.

Os sistemas experimentais de suporte à vida regenerativa, baseados em processos físicos e químicos, testados no experimento médico e técnico anual, foram o protótipo do LSS padrão para as tripulações das estações orbitais Salyut, MIR e ISS.

Pela primeira vez na prática mundial de vôos tripulados na estação espacial Salyut-4, o sistema de regeneração SRV-K, um sistema para produzir água potável a partir de condensado com uma atmosfera de umidade, funcionou. A equipe de A. A. Gubarev e G. M. Grechko usou a água regenerada no sistema SRV-K para beber e preparar alimentos e bebidas. O sistema funcionou durante todo o vôo tripulado da estação. Sistemas similares do tipo SRV-K operavam nas estações Salyut-6, Salyut-7 e MIR.


Nota de 28.2.17: obrigado pela ajuda na edição e no conhecimento da etimologia dos artyums

Retiro:
Em 20 de fevereiro de 1986, a estação orbital Mir soviética entrou em órbita.



23 de março de 2001 foi inundado no Oceano Pacífico.

Nossa estação Mir foi inundada quando ela completou 15 anos. Agora, os dois módulos russos que fazem parte da ISS já possuem 17. Mas ninguém vai afogar a ISS ainda ...

A eficiência do uso de sistemas de regeneração é confirmada pela experiência de muitos anos de operação, por exemplo, a estação orbital MIR, a bordo da qual tais subsistemas do sistema de refrigeração funcionaram com sucesso, como:

"SRV-K" - um sistema para a regeneração da água do condensado da umidade atmosférica,
"SRV-U" - um sistema para a recuperação de água da urina (urina),
"SPK-U" - sistema para recepção e preservação de urina (urina),
"Elétron" - um sistema de geração de oxigênio baseado no processo de eletrólise da água,
"Ar" é um sistema de remoção de dióxido de carbono,
"BMP" - remoção de blocos de micro-impurezas prejudiciais, etc.



Sistemas de regeneração similares (com exceção do SRV-U) estão atualmente operando com sucesso a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).



A ISS inclui o subsistema para garantir a composição do gás (SOGS). Composição: meios para monitorar e regular a pressão atmosférica, meios para equilibrar a pressão, equipamentos para despressurização e pressurização de PXO, equipamentos para análise de gases, um sistema para remover impurezas nocivas do BMP, um sistema para remover o dióxido de carbono da atmosfera "Ar" e meios para purificar a atmosfera. Parte integrante do SOGS são as instalações de suprimento de oxigênio, incluindo fontes de oxigênio combustível sólido (TEC) e o sistema de produção de oxigênio em água Electron-VM. Na partida, havia apenas 120 kg de ar e dois geradores de oxigênio THC a combustível sólido a bordo do SM.

→ Transmissão online ao vivo de uma webcam para o ISS.

Para entregar 30.000 litros de água a bordo da estação orbital MIR e ISS, seria necessário organizar 12 lançamentos adicionais do navio de transporte Progress, cuja carga útil é de 2,5 toneladas. Se levarmos em conta o fato de que o Progress está equipado com tanques de água potável Rodnik de 420 litros, o número de lançamentos adicionais do navio de transporte Progress deve ter aumentado várias vezes.




Na ISS, os absorvedores de zeólita do sistema Air capturam dióxido de carbono (CO2) e o liberam no espaço externo. O oxigênio perdido na composição do CO2 é reabastecido devido à eletrólise da água (sua decomposição em hidrogênio e oxigênio). Isso é feito no ISS pelo sistema Electron, que consome 1 kg de água por pessoa por dia. O hidrogênio agora é empurrado para o mar, mas, a longo prazo, ajudará a transformar o CO2 em água e metano (CH4) emitidos. E, é claro, por precaução, existem verificadores e cilindros de oxigênio a bordo.


Na foto: um gerador de oxigênio e um simulador para rodar na ISS, que falharam em 2011.


Na foto: os astronautas estão estabelecendo um sistema de desgaseificação líquida para experimentos biológicos em condições de microgravidade no laboratório Destini.


Na foto: Sergey Krikalev com o dispositivo de eletrólise eletrônica da água

Infelizmente, ainda não foi alcançado um ciclo completo de substâncias nas estações orbitais. Nesse nível de tecnologia, usando métodos físico-químicos, não é possível sintetizar proteínas, gorduras, carboidratos e outras substâncias biologicamente ativas. Portanto, dióxido de carbono, hidrogênio, resíduos de umidade e resíduos sólidos dos astronautas são removidos para o vácuo do espaço sideral.


O banheiro da estação espacial se parece com isso

No módulo de serviço da ISS, sistemas de purificação do ar e BMPs, sistemas avançados para a recuperação de água do SRV-K2M e geração de oxigênio Electron-VM, bem como o sistema de recebimento e preservação de SPK-UM na urina, foram introduzidos e estão funcionando. A produtividade dos sistemas aprimorados aumentou mais de duas vezes (fornece suporte à vida da tripulação para até 6 pessoas) e os custos de energia e massa foram reduzidos.



Durante um período de cinco anos (dados de 2006), 6,8 toneladas de água e 2,8 toneladas de oxigênio foram regeneradas, o que permitiu reduzir a massa de mercadorias entregues à estação em mais de 11 toneladas.

O atraso com a inclusão do sistema de regeneração de água na urina SRV-UM na composição do complexo do sistema de resfriamento de combustível líquido não permitiu a regeneração de 7 toneladas de água e reduziu a massa de entrega.

"Segunda Frente" - Americanos

A água de processo do aparelho ECLSS americano é fornecida ao sistema russo e ao OGS americano (Sistema de Geração de Oxigênio), onde é então "processado" em oxigênio.



O processo de restaurar a água da urina é uma tarefa técnica difícil: "A urina é muito mais" suja "que o vapor de água ", explica Carrasquillo, "ela pode corroer peças de metal e entupir os tubos".O sistema ECLSS usa um processo chamado destilação por compressão de vapor para limpar a urina: a urina ferve até que a água se transforme em vapor. O vapor - água purificada naturalmente em estado vaporoso (com exceção de vestígios de amônia e outros gases) - sobe para a câmara de destilação, deixando uma pasta marrom concentrada de esgoto e sais, que Carrasquillo chama misericordiosamente de "salmoura" (que é então liberada no espaço sideral). Então o vapor esfria e a água condensa. O destilado resultante é misturado com a umidade condensada do ar e filtrado para uma condição adequada para beber. O sistema ECLSS é capaz de recuperar 100% de umidade do ar e 85% de água da urina, o que corresponde a uma eficiência total de cerca de 93%.

O acima exposto, no entanto, refere-se à operação do sistema em condições terrestres. No espaço, aparece complexidade adicional - o vapor não sobe: ele não é capaz de subir na câmara de destilação. Portanto, no modelo ECLSS para a ISS, "... rotacionamos o sistema de destilação para criar gravidade artificial para separar o vapor e a salmoura", explica Carraskillo.

Perspectivas:
Existem tentativas conhecidas de obter carboidratos sintéticos de produtos vitais cosmonautas para expedições espaciais de acordo com o esquema:



Segundo esse esquema, produtos vitais são queimados com a formação de dióxido de carbono, a partir do qual o metano é formado como resultado da hidrogenação ( reação de Sabatier) O metano pode ser transformado em formaldeído, a partir do qual os monossacarídeos são formados como resultado da reação de policondensação ( reação de Butlerov ).

No entanto, os carboidratos monossacarídeos obtidos foram uma mistura de racematos - tetrose, pentose, hexose, heptose, que não apresentaram atividade óptica.

Nota Tenho até medo de me aprofundar no "conhecimento do wiki" para me aprofundar no significado deles.

O LSS moderno, após sua modernização apropriada, pode ser a base para a criação do LSS, necessária para o desenvolvimento do espaço sideral.

O complexo LSS permitirá garantir a reprodução quase completa de água e oxigênio na estação e pode ser a base dos complexos LSS para vôos planejados para Marte e a organização de uma base na Lua.









É dada muita atenção à criação de sistemas que forneçam o ciclo mais completo de substâncias. Para esse fim, eles provavelmente usarão o processo de hidrogenação do dióxido de carbono pela reação Sabatier ou Bosch-Boudoir , o que permitirá que o ciclo do oxigênio e da água seja realizado:

2 + 42 = 4 + 22 2
+ 22 = + 22

No caso de uma proibição exobiológica da liberação de CH4 no vácuo do espaço sideral, o metano pode ser transformado em formaldeído e carboidratos monossacarídeos não voláteis pelas seguintes reações:

CH4 + O2 =
policondensação CH2O + H2O
nCH2O -? (CH2O) n
Ca (OH) 2

Gostaria de observar que as fontes de poluição ambiental nas estações orbitais e durante longos voos interplanetários são:

- materiais estruturais do interior (materiais sintéticos poliméricos, vernizes, tintas)
- pessoas (com transpiração, transpiração, gases intestinais, durante medidas sanitárias e higiênicas, cuidados médicos) pesquisas, etc.).
- trabalhando equipamento eletrônico
- unidades de sistemas de suporte de vida (Fossa dispositivo de ACS, cozinha, sauna, banheira)
e muito mais

óbvio que exigem a criação de Auto sistema de cal de controle operacional e ambiente de gestão da qualidade. Um certo ASOKUKSO?

Ah, não é em vão que em Baumanka a especialidade do LJS KA foi chamada de estudantes: ASS...

O que significa:

F izne O bespechenii P ilotiruemyh Um pparatov

Não me lembro do código, departamento E4.



O fim: talvez eu não tenha levado tudo em conta e em algum lugar misturei fatos, números. Em seguida, complemente, corrija e critique.

Uma publicação interessante me levou a esse "palavreado": Legumes para astronautas: como os vegetais frescos são cultivados nos laboratórios da NASA .

Hoje, meus filhos mais novos na escola começaram a montar um "grupo de pesquisa de gangues" para cultivar salada de Pequim em um micro-ondas antigo. Provavelmente decidiram se fornecer vegetação quando viajavam para Marte. Você precisará comprar um microondas antigo no AVITO, pois o meu ainda está funcionando. Não quebre de propósito?


Nota na foto, é claro, não meu filho e nem a futura vítima do experimento com microondas.

Como prometi marks @ marks, se algo sair, tire fotos e solte o resultado no GIC. Posso enviar a salada cultivada por correio para quem desejar, mediante taxa, é claro.