ГЛАВА V Жизнеобеспечение в космосе

Подсистемы регенеративного типа

Для более продолжительных космических полетов СЖО полузамкнутого типа можно значительно улучшить и уменьшить их вес, если часть подсистем сделать регенеративными. На современном этапе развития техники можно регенерировать кислород и воду. При этом достигается следующая экономия в весе:

Регенерируемое вещество	Экономия в весе, кг/чел-день
Вода для личной гигиены	5,436;
Вода из мочи и пота	2,491
Вода из фекальных масс	0,136
Кислород из углекислого газа	0,725

Продолжительность работы СЖО можно значительно увеличить еще и путем получения кислорода из углекислого газа. Правда, это потребует некоторого увеличения первоначального веса. Однако при использовании более мощных ракет-носителей такие системы, вероятно, будет целесообразно применять как при орбитальных полетах вокруг Земли, так и на лунной поверхности и в межпланетных полетах продолжительностью более 90 дней. Обычно процесс получения кислорода из углекислого газа состоит из нескольких стадий: отделение и концентрация СО₂ его восстановление, в результате чего получается вода, и далее электролиз воды, дающий О₂.

Рис. 55. Опытные образцы СЖО с регенеративными подсистемами, подобными изображенной, сейчас разрабатываются и испытываются в США. Слева вверху виден блок электролиза воды

Собирать и концентрировать СO₂ можно различными способами, в том числе с помощью молекулярных сит, твердых аминов, окисла серебра, путем электродиализа и вымораживания. Собранный СО₂ можно восстанавливать одним из следующих способов:

СО₂ + 2Н₂ —> С + 2Н₂О — реакция Буша;

CO₂ + 4Н₂ —> СН₄ + 2Н₂O — реакция Сабатье;

2СО₂ —>2СО + О₂ — реакция с твердым электролитом,

К этим методам можно также добавить барботирование СО₂ через подвергнутый электролизу расплавленный карбонат какого-либо щелочного металла, в результате чего получается сразу О₂. Какой выигрыш в весе дает применение каждого из этих методов, видно из приведенного графика. Однако, для протекания всех этих реакций к системе необходимо подводить большое количество тепловой или электрической энергии. Экономичность этих способов повысится с использованием более эффективных источников энергии, таких, как солнечные элементы, а также радиоизотопные и термоионные источники энергии.

Рис. 56. Зависимость веса СЖО от численности экипажа и метода регенерации кислорода из углекислого газа. Подсчитайте, как значителен будет выигрыш в весе системы жизнеобеспечения корабля, предназначенного для 600-суточного полета к Марсу.
1 – метод Сабатье; 2 – щелочной метод; 3 – метод Буша; 4 – метод разложения на твердых электролитах

Полученная вода электролитически разлагается на кислород и водород. Водород можно снова использовать в реакциях Буша или Сабатье. Полученный в результате реакции Сабатье метан можно восстановить до водорода, который далее опять используется в тех же реакциях.

Чтобы очистить кабину космического корабля от таких газов, как метан, водород, сероводород и окись углерода, можно использовать каталитические горелки. Они имеют фильтры из древесного угля, нагревательные элементы для подогрева воздуха и гопкалитовые патроны (гопкалит — смесь окислов марганца и меди). Воздух из кабины сначала проходит через древесный уголь, не поглощенные им газы следуют дальше через нагревательный элемент, имеющий температуру 400°С, нагреваются и в результате реакции в гопкалите восстанавливаются.

Любая регенеративная система дает те или иные отходы, которые следует собирать, подвергать дальнейшей обработке или хранить. Типичными отходами являются твердый углерод, метан и окись углерода. Это вызывает определенные трудности.

Большой выигрыш в весе дает повторное использование воды. Ведь каждый член экипажа космического корабля является потенциальным источником приблизительно 2,5 л воды в день.

В количество воды, которое надо регенерировать, входит также избыточная влага в атмосфере отсека. Существует несколько способов ее регенерации: высокотемпературная перегонка в вакууме, электродиализ и испарение в воздухе с последующей компрессией (сжатие под давлением) пара. Как и для других регенеративных систем, для осуществления этих процессов требуются затраты значительного количества электроэнергии или тепла. Всестороннее рассмотрение всех методов позволяет заключить, что, по-видимому, наилучшим способом регенерации является перегонка в вакууме. Во время этого процесса вода дистиллируется в вакууме и бактерии и другие летучие загрязнения удаляются в каталитической горелке. Исследования показывают, что для полета шести человек к Марсу потребуется блок весом всего лишь 90,6 кг.

Далее…