Мы производим углекислый газ в нашем организме, когда наши клетки расщепляют пищу, и мы выделяем его при выдохе. В атмосфере концентрация углекислого газа составляет примерно 0,04 процента. Однако в замкнутых кабинах космических кораблей, таких как космические челноки или космические станции, концентрация углекислого газа может быть намного выше, что создает проблему, поскольку двуокись углерода токсична. По мере увеличения концентрации углекислого газа в воздухе вокруг вас будут появляться определенные симптомы:
- При 1 проценте - сонливость
- При 3 процентах - нарушение слуха, учащение пульса и артериального давления, ступор
- При 5 процентах - одышка, головная боль, головокружение, спутанность сознания
- При 8 процентах - потеря сознания, мышечный тремор, потливость
- Выше 8 процентов - смерть
На Земле растения удаляют углекислый газ в процессе фотосинтеза. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Однако в космическом корабле углекислый газ необходимо удалять из воздуха кабины с помощью химических процессов. Большинство космических кораблей полагаются исключительно на удаление углекислого газа с помощью канистр, содержащих порошкообразный гидроксид лития. Когда воздух, содержащий углекислый газ (CO2), проходит через канистру, он соединяется с гидроксидом лития (LiOH) с образованием карбоната лития (Li2CO3) и вода (H2O).
CO2(г) + 2LiOH (т) ->Li2CO3(s) + 3 H2O (l)
После того, как весь гидроксид лития израсходован, канистру необходимо заменить и выбросить. Пожалуй, самый известный пример использования канистр с гидроксидом лития произошел во время миссии «Аполлон-13».
После того, как взрыв вывел из строя командный модуль, астронавты жили в лунном модуле, пока космический корабль возвращался на Землю. В лунном модуле использовались круглые канистры с гидроксидом лития, а в командном модуле - квадратные. Когда трое астронавтов дышали воздухом в пространстве, рассчитанном только на двоих, канистры лунного модуля быстро израсходовались, но астронавты не могли легко их заменить из-за разной формы. Поэтому инженерам Центра управления полетами пришлось придумать способ адаптировать воздушный поток от лунного модуля через квадратные канистры с гидроксидом лития. Им удалось соорудить систему, используя шланги, носки, полиэтиленовые пакеты и клейкую ленту, спасая астронавтов от смерти, вызванной углекислым газом.
Канистры с гидроксидом лития - не единственное решение. Продолжайте читать, чтобы узнать, как оборудование SCUBA работает в космосе.
Акваланг в космосе
Канистры с гидроксидом лития - не единственное решение проблем CO2в космосе. Международная космическая станция (МКС) использует канистры с гидроксидом лития, но у нее также есть более новая технология, в которой используются молекулярные сита для поглощения углекислого газа. Ребризеры SCUBA и персональные кислородные блоки, используемые пожарными и шахтерами, также должны удалять углекислый газ. Некоторые ребризеры используют канистры с гидроксидом лития. Но другие используют реакцию с участием супероксида калия (KO2). Когда надпероксид калия соединяется с водяным паром (H2O) и углекислым газом (CO2) из дыхания человека, он поглощает углекислый газ и образует газообразный кислород и бикарбонат калия (KHCO3):
4KO2(s) + 4CO2(g) + 2H2O (g) ->4KHCO3(s) + 3O2 (g)
В результате реакции образуется тепло. Таким образом, вы можете сказать, когда это сделано, потому что он перестает нагреваться. Эта система имеет дополнительное преимущество подачи кислорода, а также удаления углекислого газа.
Лабораторная часть Destiny в США и часть Node 3 МКС содержат узел удаления углекислого газа (CDRA). CDRA использует технологию молекулярного сита для удаления углекислого газа. Молекулярные сита представляют собой цеолиты, кристаллы диоксида кремния и диоксида алюминия. Кристаллы образуют крошечные экраны. Отверстия в ситах или поры имеют одинаковый размер, что позволяет некоторым молекулам проникать в сита и задерживаться в них. В CDRA есть четыре слоя двух разных цеолитов. Цеолит 13х поглощает воду, а цеолит 5А поглощает углекислый газ. Каждая сторона CDRA содержит цеолит 13Х, соединенный со слоем цеолита 5А. Когда воздух проходит через слой цеолита 13X, вода задерживается и удаляется из воздуха. Осушенный воздух поступает в слой цеолита 5А, где улавливается и удаляется углекислый газ. После этого выходящий воздух становится сухим и не содержит углекислого газа.
В отличие от канистр с гидроксидом лития, которые изнашиваются и выбрасываются, цеолиты в CDRA можно регенерировать. Электрические нагревательные элементы внутри слоев нагревают цеолиты и высвобождают захваченные водяной пар и углекислый газ. Углекислый газ выбрасывается в космос, а водяной пар конденсируется и перерабатывается. CDRA спроектирован с независимым управлением, так что одна половина активно удаляет углекислый газ и воду из воздуха, а другая половина регенерирует. Две половины чередуются. CDRA является основным методом удаления углекислого газа из воздуха салона МКС, в то время как канистры с гидроксидом лития используются в качестве резервного.
В октябре 2010 года на МКС была установлена новая система, названнаяSabatier,. Он берет углекислый газ (CO2), который удаляется CDRA, объединяет его с газообразным водородом (H2), вырабатываемым российским Электроном и системы электролиза воды Системы экологического контроля и жизнеобеспечения США (ECLSS) и образует жидкую воду (H2O) и газообразный метан (CH4). Метан выбрасывается в космос.
В будущем ученые НАСА надеются создавать кислород и устранять углекислый газ на борту космических кораблей и космических колоний естественным путем путем выращивания растений. Растения будут снабжать космонавтов не только пригодным для дыхания воздухом, но и пищей. Для получения дополнительной информации о космосе перейдите по ссылкам на следующей странице.