ОТКУДА БЕРЕТСЯ ВОДА НА МКС
Регенерация воды — это повторное получение воды. Отсюда нужно сделать самый главный вывод, что первоначально вода на МКС доставляется с Земли.
Невозможно регенерировать воду, если изначально ее не доставить с Земли. Сам процесс регенерации снижает расходы на космические полеты и делает систему МКС менее зависимой от наземных служб.
Вода, доставляемая с Земли, используется на МКС многократно. Сейчас на МКС используется несколько способов регенерации воды:
• Конденсация влаги из воздуха.
• Очистка использованной воды.
• Переработка урины и твердых отходов.
На МКС установлена специальная аппаратура, которая конденсирует влагу из воздуха. Влага в воздухе — это естественно, она есть и в космосе, и на Земле.
В процессе жизнедеятельности космонавты могут выделять до 2,5 л жидкости в сутки. Кроме этого, на МКС есть специальные фильтры для очистки использованной воды. Но учитывая то, как моются космонавты, бытовой расход воды значительно отличается от земного. Переработка урины и твердых отходов — это новая разработка, примененная на МКС лишь с 2010 г.
На данный момент для функционирования МКС требуется около 9 тыс. л воды в год. Это общая цифра, отражающая все расходы. Вода на МКС регенерируется примерно на 93%, поэтому объемы поставок воды на МКС существенно ниже.
Но не стоит забывать, что с каждым полным циклом использования воды ее общий объем уменьшается на 7%, что делает МКС зависимой от поставок с Земли.
С 29 мая 2009 г. количество членов экипажа возросло вдвое — с 3 до 6 чел. Вместе с этим возрос и расход воды, но современные технологии позволили увеличить численность космонавтов на МКС.
РЕГЕНЕРАЦИЯ ВОДЫ В КОСМОСЕ
Когда речь заходит про космос, важно учитывать энергозатраты, или как их называют в профессиональной сфере, — массозатраты для производства воды. Первый полноценный аппарат регенерации воды появился на станции «Мир», и за все время существования он позволил «сэкономить» свыше 58 т доставляемых грузов с Земли. Вспоминая, что доставка 1 кг груза стоит около 5–6 тыс. долл. США, первая полноценная система регенерации воды позволила снизить расходы примерно на 300 млн долл. США.
Современные российские системы регенерации воды — СРВ-К2М и Электрон-ВМ — позволяют обеспечить космонавтов на МКС водой на 63%. Биохимический анализ показал, что регенерированная вода не утрачивает своих исходных свойств и полностью пригодна для питья. В настоящий момент российские ученые работают над созданием более замкнутой системы, что позволит обеспечить космонавтов водой на 95%. Существуют перспективы развития систем очистки, которые обеспечат на 100% замкнутый цикл.
Американская система регенерации воды ECLSS была разработана в 2008 г. Она позволяет не только собрать влагу из воздуха, но и регенерировать воду из мочи и твердых отходов. Несмотря на серьезные проблемы и частые поломки на протяжении первых двух лет эксплуатации, сегодня ECLSS позволяет восстановить 100% влаги из воздуха и 85% влаги из мочи и твердых отходов. В результате на МКС появился современный аппарат, позволяющий восстановить до 93% первоначального объема воды.
ОЧИСТКА ВОДЫ
Ключевым моментом в регенерации является очистка воды. В очистительные системы собирается любая вода — оставшаяся от приготовления пищи, грязная вода от мытья и даже пот космонавтов.
Все эта вода собирается в специальный дистиллятор, визуально похожий на бочку. При очистке воды необходимо создать искусственную гравитацию, для этого дистиллятор вращается, при этом грязная вода прогоняется через фильтры. В результате получается чистая питьевая вода, которая по своим качествам даже превосходит питьевую воду во многих уголках Земли.
На последнем этапе в воду добавляется йод. Этот химический препарат позволяет предотвратить размножение микробов и бактерий, а также является необходимым элементом для здоровья космонавтов. Любопытный факт, что на Земле йодированная вода считается слишком дорогим удовольствием для массового применения, и вместо йода используется хлор. От использования хлора на МКС отказались по причине агрессивности данного элемента и большей пользы от йода.
ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ В КОСМОСЕ
Для обеспечения жизнедеятельности космонавтов требуется колоссальное количество воды. Если бы к нашим дням не наладили систему регенерации воды, то космические исследования, наверняка, застряли бы в прошлом. Учитывая расход воды в космосе, используются следующие данные в расчете на 1 чел./сут.:
• 2,2 л — питье и приготовление пищи;
• 0,2 л — гигиена;
• 0,3 л — смыв туалета.
Потребление воды для питья и пищи практически соответствует земным нормам. Гигиена и туалет — намного меньше, хотя все это поддается переработке и повторному использованию, но это требует энергетических затрат, так что расходы были также снижены. Любопытный факт, что если на российского космонавта в день приходится 2,7 л воды, то на американских астронавтов выделено примерно 3,6 л. Американская миссия продолжает получать воду с Земли, впрочем, как и российские космонавты. Но в отличие от российской миссии, американцы получают воду в небольших пластиковых пакетах, а наши космонавты в 22-литровых бочонках.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕРАБОТАННОЙ ВОДЫ
Некоторые думают, что космонавты на МКС пьют воду, переработанную из собственной урины и твердых отходов. На деле же это не так, для питья и приготовления пищи космонавты используют чистую родниковую воду, доставленную с Земли. Вода дополнительно проходит серебряные фильтры и доставляется на МКС российским грузовым космическим кораблем «Прогресс».
Воду, полученную путем переработки урины и твердых отходов, используют для технических нужд. Например, вода необходима для работы катализаторов и для работы системы выработки кислорода. Условно говоря, космонавты «дышат уриной», а не пьют ее.
В начале 2010 г. в СМИ появилась информация, что из‑за поломки в системе регенерации воды на МКС у американских астронавтов заканчивается питьевая вода. Владимир Соловьев, руководитель полета российского сегмента МКС, рассказал журналистам, что экипаж МКС никогда не пил воду, получаемую путем регенерации из урины. Поэтому поломка американской системы переработки урины, которая действительно была на тот момент, не повлияла на количество питьевой воды. Примечательно, что американская система дважды выходила из строя по одной и той же причине, и лишь на второй раз удалось установить истинную причину проблемы. Оказалось, что из‑за влияния космических условий в моче астронавтов сильно повышается кальций. Фильтры для переработки урины, разработанные на Земле, не были рассчитаны на такой биохимический состав мочи, и поэтому быстро приходили в негодность.
ПРОИЗВОДСТВО КИСЛОРОДА ИЗ ВОДЫ
Советские, а затем и российские ученые задают темп в вопросе производства кислорода из воды. И если в вопросе регенерации воды американские коллеги немного перегнали российских ученых, то в вопросе выработки кислорода наши уверенно держат пальму первенства.
Даже сегодня 20–30% переработанной воды из американского сектора МКС идет в российские аппараты по производству кислорода. Регенерация воды в космосе тесно связана с регенерацией кислорода.
Первые аппараты по производству кислорода из воды были установлены еще на аппаратах «Салют» и «Мир». Процесс производства максимально прост — специальные приборы конденсируют влагу из воздуха, а затем путем электролиза из этой воды производят кислород. Электролиз — пропускание тока через воду, является хорошо отработанной схемой, которая надежно обеспечивает космонавтов кислородом.
Сегодня к конденсируемой влаге добавился еще один источник воды — переработанная урина и твердые отходы, позволяющие получить техническую воду.
Техническая вода из американский аппарата ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.
Ученые бьются над решением задачи — 100%-ный замкнутый цикл для полного обеспечения космонавтов водой и кислородом. Одна из самых перспективных разработок — получение воды из углекислого газа. Этот газ является продуктом дыхания человека, и в настоящее время этот «продукт» жизнедеятельности космонавтов практически не используется.
Французский химик Поль Саботье открыл удивительный эффект, благодаря которому из реакции водорода и диоксида углерода можно получить воду и метан. Нынешний процесс производства кислорода на МКС связан с выделением водорода, но его просто выбрасывают в открытый космос, так как не находят ему применения. Если ученым удастся наладить эффективную систему по переработке углекислого газа, то удастся достичь практически 100 %‑ной замкнутости системы и найти эффективное применение водороду.
Реакция Боша является не менее перспективной в вопросах получения воды и кислорода, но эта реакция требует крайне высоких температур, поэтому за процессом П. Саботье многие эксперты видят больше перспектив.