|
Рециркуляция воды на космических станциях
|
|
|
|
Когда вы отправляетесь в поход, вам, возможно, придется взять с собой еду и, возможно, что-то для фильтрации или очистки воды, которую вы найдете. Но представьте, что ваш кемпинг находится в космосе, где нет воды, а упаковка кувшинов с водой займет много места, когда на счету каждый дюйм грузового пространства. Это ключевая проблема, с которой столкнулись инженеры при проектировании Международной космической станции.
|
|
|
|
До того, как НАСА разработало усовершенствованную систему рециркуляции воды, вода составляла почти половину полезной нагрузки шаттлов, отправляющихся на МКС. Я инженер-эколог и проводил исследования в лаборатории космических наук о жизни Космического центра Кеннеди. В рамках этой работы я помогал разрабатывать замкнутую систему рекуперации воды.
|
|
|
|
Сегодня НАСА восстанавливает более 90% воды, используемой в космосе. Чистая вода обеспечивает экипажу астронавтов увлажнение, гигиену и питание, поскольку ее можно использовать для регидратации пищи. Восстановление использованной воды является краеугольным камнем замкнутого цикла жизнеобеспечения, который необходим для будущих лунных баз, миссий на Марс и даже потенциальных космических поселений.
|
|
|
|
|
|
|
Система экологического контроля и жизнеобеспечения НАСА представляет собой набор оборудования и процессов, которые выполняют несколько функций по управлению качеством воздуха и воды, отходами, атмосферным давлением и системами реагирования на чрезвычайные ситуации, такими как обнаружение и тушение пожаров. Система рекуперации воды один из компонентов экологического контроля и жизнеобеспечения поддерживает астронавтов на борту МКС и играет центральную роль в рециркуляции воды.
|
|
|
|
Системы водоснабжения, созданные для работы в условиях микрогравитации
|
|
|
|
В условиях микрогравитации, таких как на МКС, ценна любая доступная вода. Системы сбора воды на МКС собирают воду из нескольких источников, включая мочу, влажность воздуха в салоне и средства гигиены, например, при чистке зубов.
|
|
|
|
На Земле сточные воды включают в себя различные виды воды: бытовые сточные воды из раковин, душевых кабин и туалетов; промышленные сточные воды с фабрик и производственных процессов; а также сельскохозяйственные стоки, содержащие удобрения и пестициды.
|
|
|
|
В космосе сточные воды космонавтов гораздо более концентрированные, чем сточные воды на Земле. В них содержится значительно больше мочевины — соединения, получаемого из солей мочи, и поверхностно—активных веществ, содержащихся в мыле и материалах, используемых для гигиены. Чтобы сделать воду безопасной для питья, система должна быстро и эффективно удалять все это.
|
|
|
|
В системах рекуперации воды, используемых в космосе, используются те же принципы, что и в системах очистки воды на Земле. Однако они специально разработаны для работы в условиях микрогравитации с минимальным техническим обслуживанием. Кроме того, эти системы должны работать месяцами или даже годами без необходимости замены деталей или вмешательства специалистов.
|
|
|
|
Система рекуперации воды НАСА улавливает и перерабатывает почти все виды воды, использованной или произведенной на борту космической станции. Собранные сточные воды направляются в систему, называемую water processor assembly, где они очищаются до безопасной питьевой воды, которая превосходит многие земные стандарты питьевой воды.
|
|
|
|
Система сбора и очистки воды на МКС состоит из нескольких подсистем.
|
|
|
|
Сбор воды из мочи и пота
|
|
|
|
Устройство для обработки мочи удаляет около 75% воды из мочи путем нагревания и вакуумного сжатия. Собранная вода направляется в устройство для обработки воды для дальнейшей обработки. Оставшаяся жидкость, называемая рассолом, все еще содержит значительное количество воды. Итак, НАСА разработало систему сбора рассола для извлечения конечной фракции воды из этого рассола мочи.
|
|
|
|
В устройстве для приготовления рассола теплый сухой воздух испаряет воду из остатков рассола. Фильтр отделяет загрязняющие вещества от водяного пара, и водяной пар собирается и превращается в питьевую воду. Это нововведение повысило общую эффективность системы рекуперации воды до впечатляющих 98%. Оставшиеся 2% объединяются с другими образующимися отходами.
|
|
|
|
Система регенерации воздуха конденсирует влагу из воздуха в салоне — в основном водяной пар, образующийся в результате пота и выдыхаемого воздуха — в жидкую воду. Она направляет восстановленную воду в узел обработки воды, который обрабатывает всю собранную воду.
|
|
Обработка восстановленной воды
|
|
|
|
Процесс обработки в узле обработки воды состоит из нескольких этапов.
|
|
|
|
Сначала вся восстановленная вода проходит через фильтры для удаления взвешенных частиц, таких как пыль. Затем с помощью ряда фильтров удаляются соли и некоторые органические загрязнения, после чего начинается химический процесс, называемый каталитическим окислением, при котором для расщепления оставшихся органических соединений используются тепло и кислород. Завершающим этапом является добавление йода в воду для предотвращения роста микробов во время ее хранения.
|
|
|
|
В результате получается питьевая вода, которая часто чище, чем вода из городского крана на Земле.
|
|
Как добраться до Марса и за его пределы
|
|
|
|
По оценкам НАСА, чтобы сделать возможными полеты человека на Марс, космические аппараты должны утилизировать не менее 98% воды, используемой на борту. Хотя до самостоятельного полета на Марс еще несколько лет, новый рассольный процессор на МКС позволил увеличить степень извлечения воды настолько, что цель в 98% уже достигнута. Однако для разработки компактной системы, которую можно было бы использовать на космическом корабле, требуется дополнительная работа.
|
|
|
|
Путешествие на Марс является сложным не только из-за большого расстояния, но и потому, что Марс и Земля постоянно движутся по своим орбитам вокруг Солнца.
|
|
|
|
Расстояние между двумя планетами варьируется в зависимости от их положения. В среднем они находятся на расстоянии около 140 миллионов миль (225 миллионов км) друг от друга, при самом коротком теоретическом приближении, когда орбиты двух планет сближают их на расстояние 33,9 миллиона миль (54,6 миллиона км).
|
|
|
|
Ожидается, что обычный полет с экипажем займет около девяти месяцев в одну сторону. Полет на Марс в оба конца, включая наземные операции и планирование траектории возвращения, может занять около трех лет. Кроме того, запуски происходят только раз в 26 месяцев, когда Земля и Марс находятся в благоприятном положении.
|
|
|
|
В то время как НАСА готовится к отправке людей в многолетние экспедиции на Красную планету, космические агентства по всему миру продолжают уделять особое внимание совершенствованию двигателей и систем жизнеобеспечения. Достижения в области систем замкнутого цикла, роботизированной поддержки и автономных операций - все это постепенно приближает мечту о высадке людей на Марс к реальности.
|
|
|
|
Источник
|
