Однако если с технологическим прогрессом все будет хорошо, то этот вариант просуществует недолго, — и нас ждет откат к системе предыдущего типа. А вот если прогресс будет буксовать, то новая система станет золотым стандартом на десятилетия.
Краткое содержание: Что такое духота: мало кислорода? — Нормы НАСА и ВМФ США по содержанию CO2 — Сколько CO2 выделяет человек? — I поколение систем регенерации воздуха — II поколение — III поколение — Перспективы систем с полной регенерацией — Сравнительная таблица
Что такое духота?
Все знают, что для дыхания нужен кислород. Многие уверены, что духота в комнате наступает, потому что в комнате выдышали часть кислорода; а проветривание нужно для того, чтобы с улицы поступил новый.
На самом деле, это не так.
Средний человек потребляет кислорода ~1 кг/сутки (или ~1/2 гр/минуту).
Чтобы в средней комнате (3х5х2,6=40) при нормальных услових (содержание O2 0,28 кг/м3) выдышать кислород до уровня низкого, как высоко в горах, один человек должен дышать неделю.
В реальности же, как нетрудно убедиться, замуроваться в комнате на неделю не выйдет. Если человек герметично закроется в спальне, то с трудом проведет так даже одну ночь. Через несколько часов сон станет беспокойным, будет нарастающее ощущение духоты. Сутки в такой комнате станут пыткой — не аллегорически, а в самом буквальном смысле. Человеку физически станет очень плохо.
Дело не в кислороде, а в углекислом газе, который человек выдыхает взамен.
Сколько CO2 выделяет человек?
В свежем воздухе содержание CO2 ~0,04% (0,5 гр/м3).
При возрастании содержания до 0,7% и далее, игнорировать духоту все сложнее. Это уже не просто психологический дискомфорт, но и заметные физиологические изменения (с 1%): рост частоты и глубины дыхания, повышение давления, частоты сердечных сокращений, усиление потоотделения; возрастает число ошибок в сложной работе, начинается головная боль, предельная концентрация становится недостижима (с 2%). В гражданских исследованиях не экспериментируют с содержанием выше 2,5%.
Понятно, что потребив 1 кг O2, человык выдыхнет порядка 1,4 кг CO2.
С точки зрения биологичеких механизмов, это не обязательно так. В эритроцитах эти процессы разделены. Одна система захватывает кислород, другая выбрасывает углекислоту.
И в реальности молекул кислорода захватывается больше, чем выделяется углекислоты.
Проще всего это понять, если обратить внимание на жиры (в еде нашего модельного человека). По составу их можно огрубленно считать как CH2.
Кроме 1 молекулы кислорода, чтобы окислить атом углерода, нам понадобится еще один дополнительный атом кислорода, чтобы окислить водород. В целом кислорода будет потреблено в полтора раза больше, чем выдохнуто углекислого газа.
Однако для углеводов и белков это соотношение близко к 1:1, поэтому далее, для простоты, рассматривается «катализаторное» приближение дыхания.
В нашей замурованной комнате, объемом в 40м3, с изначально идеально свежим воздухом, человек уже за 20 минут увеличит «природное» содержание CO2 вдвое. За ночь в 20+ раз — до 1%. За сутки до 3%.
Нормы НАСА и ВМФ США по содержанию CO2
В земной жизни такие замурованные места, где форточку не открыть, а работать надо много дней подряд, — это подводные лодки.
Подводников гораздо больше, чем космонавтов. И работа у них не менее сложная и ответственная. Так что есть большая и качественная статистика.
При разработке космических систем регенерации, ориентируются на этот опыт, но нормы для космонавтов ставят более гуманные, НАСА решило брать для долгих сроков множитель 1/3:
То есть 0,8%.
Однако в реальности НАСА старается держать на МКС уровень не выше 0,5%. Дело в том, что уже при таком уровне отдельные астронавты начинают испытывать дискомфорт, — психологи в ЦУПе замечают, что поведение людей ощутимо меняется, даже если сами они не жалуются.
И возникает необходимость: как поддерживать в воздухе низкое содержание CO2?
0-е поколение — продув
Исторически это самое первое решение, потому что самое простое.
Идет просто постепенный продув кислородом атмосферы скафандра. Выделяемый при дыхании углекислый газ выбрасывается в вакуум — вместе со всей остальной смесью. Где остается еще очень много кислорода, которым можно было бы дышать.
Понятно, что как штатная система такое существовало лишь в самом начале космонавтики.
Сейчас эта система используется только как дублирующая система в скафандрах. То есть на случай неисправности основной системы (см. ниже, следующее поколение), или же как экстренное расширение по времени, — когда основная система уже исчерпана, а космонавт не успел вернуться. Расчетное время работы такой запасной системы в современном скафандре — полчаса.
Чтобы было понятно, насколько такая система неэффективна: за эти полчаса будет израсходовано на продув 1,2 кг кислорода, из которых человек усвоит 15-20 граммов. Эффективность менее 2%.
I поколение — знаменитые «шашки» для воздуха
Эта система регенерации стала основной почти сразу — и оставалась такой десятилетия.
Ее использовал и первый человек на Луне, и последние люди на шаттлах (хотя к тому времени на МКС, а до этого и на «Мире», и даже на Skylab, как штатный вариант уже использовалось следующее поколение, см. ниже).
Воздух гоняется по замкнутому циклу, без сброса наружу. Убыток кислорода компенсируется тем, что подмешивается кислород из баллонов (или, позже, от электролиза воды), а для удаления CO2 используются емкости с гидроксидом лития:
2LiOH + CO2 > Li2CO3 + H2O
Углекислый газ связывается в карбонат лития. Формально в этой реакции выделяется вода, которую можно было бы (теоретически) попытаться извлечь, и разложить на водород и кислород, который снова использовать.
В реальности — после использования шашка, со всем содержимым, идет в мусор. Из-за своей компактности, такая система используется как штатная система во всех современных скафандрах и кораблях-доставщиках («Союз», будущие американские). Из-за своей простоты и надежности, такая система считается запасной/добавочной на МКС, — если штатная система вышла из строя; если на станции слишком много людей, и основная система не справляется.
Когда к МКС еще летали шатлы, на каждом из которых была целая орава, и все они проводили на станции больше времени, чем расчетный полет шаттла — двух штатных систем МКС (русская и американская) не хватало, на шаттле постоянно «жгли» свои шашки, а затем еще значительную часть запаса шашек на МКС. Затем на грузовых кораблях добрасывали новых.
Современная американская шашка содержит 3 кг LiOH,
русская 5 кг.
С шашками, в идеале, невосполнимо теряется куда меньше: углекислый газ, забранный шашками; сами шашки. (И, если вы производите кислород из воды, то выделившийся из воды водород, он тоже отправляется за борт.)
При этом самая большая трата по массе — это сами шашки. А можно как-то не тратя шашек?
II поколение — штатный режим МКС
Если очень грубо, то это усовершенствованный кошачий лоток с наполнителем.
У нас есть вещество, хорошо пропитывающееся газом, — но не любым, а в зависимости от диаметра молекулы. Углекислота захватывается, азот и кислород почти нет. То есть перед нами так называемое «молекулярное сито». Со времен Skylab, это цеолит.
Чтобы цеолит не вымокал (на станции нормальная влажность, каждый человек выдыхает за сутки литр воды), сначала воздух сушится. Охлаждается. И подается в камеру с цеолитом.
Таких камер две (в американской системе), или три (в русской). Какое-то время одна из камер впитывает углекислый газ, затем поток воздуха переключается на вторую. В это время внутрь первой подается вакуум, а цеолит подогревается. Углекислота выходит из него. Это один цикл. Теперь мы можем снова использовать первую камеру для очистки воздуха, а вторую поставить на выветривание в вакуум.
В идеале, вы забираете из атмосферы МКС только углекислый газ. Это ваша невосполнимая потеря (этот газ вы отправляете за борт), — но сами адсорбенты используются многократно, в отличие от кошачих лотков или систем на шашках. (Ну и разумеется, продолжаете выбрасывать за борт водород, как побочный продукт электролиза при получении кислорода.)
Вопрос: а если выбрасывать углекислый газ за борт стало жалко? Он же на две трети с лишним из кислорода!
Поколение 2.5 — экспериментальное, неудачное
Систему пытались разработать для «Мира», но ничего путного не вышло.
С одной стороны, нужно отдать должное смелости советских инженеров. Если бы система заработала, то это было бы полное замыкание цикла по кислороду.
С другой стороны, нельзя не вспомнить и классическое — «Деточка, ты же лопнешь?» Возможно, если бы усилия были направлены на менее амбициозную задачу (американцы с самого начала все работы вели именно по такой менее амбициозной задаче, хотя и обладали куда большими ресурсами), то советские инженеры прекрасно решили бы ее, и системы III поколения успешно использовались бы уже тридцать лет.
В чем же идея. Чтобы превратить углекислый газ в кислород, можно использовать так называемую реакцию Боша: углекислый газ смешивается с водородом, и при высокой температуре углекислый газ сначала восстанавливается до угарного газа, а затем на катализаторе идет распад угарного газа до атомарного углерода. Получается вода (пар), и углерод в виде отложений:
CO2 + 2H2 > C + 2H2O
Уже из описания реакция видна и основная трудность: реакция идет на катализаторе, который покрывается налетом графита. И что делать?
Чистить, во-первых, сложно и затратно (затратно в космическом смысле: требуется дополнительная аппаратура, и расходники, — и затраты полезной массы на это оказываются больше, чем выигрыш в сохраненном кислороде).
Во-вторых, эти чистки должны быть очень частыми — если в экипаже трое, то в день на катализатор должно осесть 1 кг графита.
III поколение — свежее
Американцы же с самого начала решили делать не реакцию Боша, а реакцию Сабатье. Часто ее называют реактором Сабатье, поскольку для реакции требуется не только высокая температура, но и повышенное давление.
Реакция идет на катализаторе, в углекислый газ добавляется водород, то есть реагенты аналогичны реакции Боша, — а вот выход у реакции другой:
CO2 + 4H2 > CH4 + 2H2O
вода и метан.
Технологическое преимущество Сабатье перед Боша в том, что все продукты газообразные, и с ними легко работать дальше. В том варианте, который сейчас доставили на МКС, метан просто выбрасывается наружу (как в системах 2-го поколения наружу выбрасывается углекислый газ).
Но есть и минус. Вспомним, откуда на станции берется новый кислород. Разложением воды.
Кислород идет в дело, а водород (в системах 2-го поколения) просто выбрасывается за борт. Теперь же мы можем (и должны! откуда-то же надо брать водород для реакции) использовать этот водород, направив в реактор Сабатье.
И тут нюанс. В воде на 1 атом кислорода приходится 2 атома водорода. А в реакции Сабатье на 1 атом кислорода должно приходиться 4 атома водорода (2 идет на то, чтобы заместить связь кислорода с углеродом, а к этому оторванному кислороду лепятся еще 2 водорода, образуя воду).
Таким образом, если опираться только на электролиз воды и реактор Сабатье, цикл по кислороду можно закрыть лишь на 50%. Половину CO2 можно переработать, а для оставшейся части — водорода уже нет.
(Если вы чуть сбиты на этом моменте, не расстраивайтесь. Даже составители первых пресс-релизов на сайте ESA не сразу сообразили, что к чему, и сначала рисовали неправильные блок-схемы и валили все на недоэффективность катализатора.)
В реальности, конечно, пока получается не теоретические 50%, а поменьше, около 40%. В начале статьи показан только сам реактор Сабатье, элемент нововведения — на блок-смехе это вокруг зеленой стрелки.
Вся же система целиком гораздо крупнее, — как и та, что была у американцев штатной до этого. На полный объем научной стойки, в полтонны.
Перспективы IV поколения — развитие III поколения?
Сразу напрашивается вопрос: а почему бы не использовать дополнительный водород? Доставленный на МКС помимо воды, которую мы пустим на электролиз?
В самом деле. Рассмотрим ту часть CO2, которую приходится выбрасывать в вакуум. На каждые 12 масс углерода мы теряем 32 массы кислорода. А если мы добавим в реактор недостающего водорода, и свяжем углерод в CH4, то кислород сохранится на станции, а в выхлопе мы потеряем только 4 массы водорода. Выигрыш по массе в 32:4=8 раз. 1 кг водорода спас бы целых 8 кг кислорода!
Проблема в том, что водород — не вода. Это для транспортировки воды можно использовать обычные контейнеры. Для простоты, положим на тару 1/10 веса доставленной воды.
В случае же с водородом, хоть сжатым, хоть сжиженным, все прямо наоборот: соотношение массы тары, к массе заключенного в ней водорода, будет ~10/1.
Мы не можем доставить на МКС просто килограмм водорода. Мы еще должны поднять 10 килограммов его тары.
Не говоря уже о том, что потребуется попутно решать проблемы безопасности: при хранении водорода есть штатная утечка у вентилей (если доставлять как газ), и аналогичный сброс у контейнеров (если сжиженный), из-за необходимости поддерживать низкую температуру внутри. Помимо опасности, эти утечки еще делают невозможным длительное хранение про запас. Стравливаемый водород надо либо сразу использовать, либо безвозвратно терять.
В итоге получается, что проще (и экономичнее) будет доставить на МКС не дополнительный водород для реактора Сабатье, — а дополнительную воду для электролиза. И работать в наполовину замкнутом цикле, сбрасывая лишний углекислый газ в вакуум.
Перспективы IV поколения — иное развитие от II поколения
Пока речь шла о замыкании системы только по кислороду. Углерод рассматривался как бесполезный элемент, неизбежно поступающий в систему (через дыхание людей) из еды. Массозатраты на еду, постоянно вводимую в цикл регенерации воздуха, мы не учитывали.
А что, если все-таки попробовать сохранять и углерод? Что, если выделять из углекислого газа кислород, связывая углерод не в метан, а в углеводы?
Углеводы, если смотреть только на количество составляющих химических элементов, это приблизительно равная смесь углерода и воды.
Вспомним атомные массы участников: водород — 1, углерод — 12, кислород — 16.
Давайте сравним эффективность рассмотренных способов связывания углерода, с точки зрения сбрасываемой в вакуум массы вещества (которое до этого надо поднять на станцию с земли!):
- При сбросе всего CH4 за борт (и туда же отправляется водород от электролиза), мы теряем две молекулы воды на каждый атом углерода, то есть на 1 массу углерода 3 массы воды.
- При реакции Сабатье (из-за нехватки водорода) мы теряем по молекуле воды на каждый атом углерода, то есть на 1 массу углерода 1,5 массы воды
- При переводе в углеводы, мы расходуем по молекуле воды на каждый атом углерода, то есть на 1 массу углерода 1,5 массы воды.
Как видим, у цикла электролиз+Сабатье эффективность такая же, как у цикла электролиз+углеводы.
Но! При реакции Сабатье мы сбрасываем это вещество со станции, теряем его безвозвратно. А углеводы — их же можно попробовать сделать пригодными в еду?
В пище астронавтов должны присутствовать не только углеводы (для простоты, 400 гр), но и жиры (100 гр) и белки (100 гр). Из-за этого замкнуть цикл по кислороду и питанию, делая из углекислого газа только углеводы, не выйдет. Но заменить хотя бы углеводную часть продуктов? Это 2/3, если по сухому составу!
Тогда итоговый баланс поменяется:
— с одной стороны, мы уменьшаем трату воды в 3 раза по сравнению с циклом через Сабатье (с 560 гр до 165, это на связывание в углеводах того углерода, который пришел из съеденных белков и жиров, его 110 гр; теоретически даже эти 165 граммов воды можно не списывать, а сохранять сахар на борту, но просто он будет не востребованным для цикла, будет копиться запас чистых углеводов),
— плюс к этому, расход еды (по сухому составу) становится меньше на 400 гр на чел/сут (мы замкнули цикл еды по углеводам).
В сумме выигрыш ~700 гр на чел/сут.
Чего ждать
Подводя итог: NASA, ESA видят перспективу в том, чтобы вернуться к предыдущей системе регенерации (через адсорберы без реактора Сабатье) — только теперь при разгрузке адсорбента использовать не открытый вакуум, а лабораторный. Закрытые вакуумные камеры, из которых углекислый газ откачивается и сохраняется, чтобы направить его на проивзодство углеводов.
И остается сущий пустячок: как перевести углекислый газ в углеводы?
- Можно попробовать делать это чисто химически. Но это сложно. Если бы это было просто, мы бы уже давно возили сахар и биокорма не с плантаций, а из пристроек к электростанциям.
- Можно попробовать делать это биологически, через фотосинтез, — но и тут не все гладко.
Здесь планы агенств то ли действительно разошлись, то ли руководства решили поиграть в здоровую конкуренцию, и не складывать все яйца в одну корзину. (Это всегда неплохой вариант, и особенно — когда перед глазами опыт с конкуренцией реакций Сабатье и Боша. Одно взлетело, другое нет.)
NASA объявляет конкурсы с миллионными призами, в которых предлагает произвести сахар чисто химическими путями.
ESA обещает уже в следующем году поднять на МКС бак с водорослями, и скармливать им тот углекислый газ, который сейчас избыточен для реактора Сабатье.
А если с углеводами из углекислоты ничего так и не выйдет?
Еще можно попробовать делать углеводы и водород из метана и воды. NASA выбрало отправной точкой углекислый газ, чтобы поймать двух зайцев: такое решение может пригодиться не только для замыкания цикла регенерации в полете, но и для активного прироста вещества на планете — в атмосфере Марса, где есть CO2. Да и здесь, на Земле, пригодилось бы.
Но скорее всего, схема с реактором Сабатье останется самой эффективной, — и, учитывая реальную скорость прогресса в технологиях пилотируемой космонавтики, на десятилетия.
Сравнительная таблица
| поколение | метод удаления CO2 | потери1 (/чел /сут) |
как штатная система | как запасная /дополн. |
|---|---|---|---|---|
| продув | 50 кг O2-сжатого2 | скафандры | ||
| I | шашки с LiOH | 1,1 кг воды 1,5 кг шашек |
скафандры, корабли доставки («Союз», будущие американские, в прошлом шаттлы) |
МКС |
| II | молекулярное сито, выпаривание в вакуум |
1,1 кг воды | МКС (в прошлом «Мир», Skylab — впервые) |
|
| молекулярное сито, разложение до графита |
03 | (экспериментальная, неудачно) для «Мира» |
||
| III | молекулярное сито, 50% в CH4 |
0,6 кг воды | МКС (амер. сегмент) | |
| ? | молекулярное сито, в сахара |
0,2 кг воды4 /прирост 0,2 кг воды5 | ||
1В идеале.
2Без учета тары.
3Без учета расходников на чистку/замену катализатора.
4При объединении с пищевым циклом по углеводам; 5при этом пищевой цикл становится замкнут по углеводам, то есть там массозатрат меньше на 0,4 кг (сухая масса углеводов в еде), что больше потерь воды в воздушном цикле (если рассматривать его потери отдельно от общего балланса), — и формально это можно трактовать как прирост полезной массы (если сравнивать с ситуацией, когда углеводы в пищевой цикл поступают с земли).
Что не было оговорено выше, но полезно понимать для полноты картины
Помимо потерь при регенерации цикла по дыханию (в современных системах это сводится, как видно, к некоторым потерям воды), потеря массы есть и в других циклах, связанных с людьми.
Прежде всего, это туалетный цикл. Даже когда на МКС по максимуму используются системы, пытающиеся замкнуть этот цикл, эффективность этих систем ограничена: из нескольких килограммов воды и еды, вернуть в цикл удается ~80% воды. То есть потери ~1 кг на человека в сутки. (Это не считая тары, в которой идет еда. Не вся она сублимированная в пакетиках. Есть и обычные консервные банки.)
Таким образом, бессмысленно прилагать совсем уж фантастические усилия, пытаясь далее совершенствовать систему регенерации по CO2, — пока не уменьшены потери в туалетном цикле.
Поэтому реальная цель, которую ставят перед собой NASA, это довести замкнутость системы с нынешних 40% до 75%.
Но даже если получится оба этих цикла замкнуть в ноль, или почти в ноль, и это еще не все. Это совсем не будет значить, что человек может полноценно работать в замкнутом цикле по кислороду и воде.
Каждый выход в открытый в космос — неизбежная потеря воды. Она используется для охлаждения скафандра. Хотя на первый взгляд может показаться, что и собственно скафандр, и «рюкзак» системы жизнеобеспечения полностью закрыты термоизоляцией, — нет. Нижний торец «рюкзака», который заканчивается под задницей космонавта, не прикрыт. Это радиатор охладителя, и в радиаторе поры, куда подводится вода внешнего контура — для испарения. За один выход, в зависимости от длительности, теряется ~1-2 кг на участника выхода.
Комментарии (116)
Kukuruz
13.11.2018 13:52А на подводных лодках как с углекислым газом борятся?
bobcatt
13.11.2018 14:04+14Углекислый газ поглощают в обменниках с этаноламином, по крайней мере во флоте США, потом после отделения в нагревательной ступени сбрасывают за борт.
Но на ПЛ в каком то смысле проще, энергетика практически неограниченна и за бортом бесконечное количество воды для электролиза.
OriSvet
14.11.2018 08:53Фильтры-поглотители. На АПЛ воздух пополняют электролизом, а на ДПЛ при подвсплытиях набивают компрессорами в баллоны. Дополнительно есть канистры с химической регенерацией.
027
13.11.2018 15:00+17В это время внутрь первой подается вакуум
Закачать вакуум — это мощно. :)
Jeka_M3
13.11.2018 15:17+1Да, фраза явно некорректна. Т.к. вакуум это не вещество, а отсутствие вещества — его нельзя «подавать». Правильней было бы так: «В это время в первой камере создаётся вакуум».
knotri
13.11.2018 20:50+3Но ведь по той же логике, цитирую вас
"Т.к. вакуум это не вещество, а отсутствие вещества — его нельзя «создавать»"
- А то получится что создали отсутствие вещества.
amarao
13.11.2018 23:38Ну, создавать отсутствие — вполне устоявшаяся лингвистическая конструкция. «Понаделать долгов», например.
tvr
14.11.2018 16:54Ну, создавать отсутствие — вполне устоявшаяся лингвистическая конструкция. «Понаделать долгов», например.
Не согласен — долги это не отсутствие чего-либо, а наличие присутствия отрицательного количества этого чего-то.
SpiritOfDarkDragon
13.11.2018 20:23Всем же давно известно, что вакуум жидкий. И в нём даже можно утонуть :)
MikeVC
13.11.2018 15:13+2Можно доставлять на станцию обычную водичку. Ее разлогать на водород и кислород. Водород пускаем на дополнительную регенерацию и получаем CH4 А это топливо. Его можно использовать для маневрирования станции сжигая в оставшемся кислороде.
MikeVC
13.11.2018 16:07+1А еще лучше привезти перекись водорода.
Тогда еще меньше метана надо будет выбрасывать и меньше топлива на станцию везти.0serg
13.11.2018 22:40+1Количество метана определяется объемом выдыхаемого углекислого газа.
А поскольку в реакции с метаном дефицит не кислорода а водорода то перекись (где кислорода еще больше) тут бесполезна (это не говоря даже о проблемах с ее хранением)MikeVC
14.11.2018 08:23А повнимательнее почитать коментарий?
Ладно, разжую получше.
Есть дефицит водорода. Замечательно. При этом метан просто выбрасываем заборт…
Водород везти накладно из-за тары, а с водой накладно везти «лишний» тяжелый атом кислорода.
Но если метан не выбрасывать, а сжигать в качестве ракетного топлива, то все становится наоборот. «Лишнего» атома кислорода в воде уже не хватает. Для сжигания CH4 надо уже 4 атома кислорода. Если привезти перекись, то можно использовать уже половину метана. Вместо того чтобы просто выбросить. Используем метан, надо будет меньше ракетного топлива (гидразин + тетраоксид азота).
arheops
14.11.2018 08:06Перекись водрода меет тенденцию экзотермически разлагаться с выделением водорода.
В закрытом обьеме длительно те же проблемы, что и у водорода.MikeVC
14.11.2018 08:25+1Кислорода! Химики блин.
С ней всетаки проще чем с водородом. Можно возить устойчивый водный раствор.
И вобще перекись давно используют в космической технике, с ней умеют работать.vanxant
15.11.2018 07:17Вообще от перекиси в серьёзной космической технике давно отказались (ну, Р-7 и её потомков класса «Союз» не берём). Именно из-за её взрывоопасности при высокой концентрации и вот этого всего.
И даже пришедший на смену перекиси гидразин N2H4 уже считается устаревшим.
akurilov
14.11.2018 16:37Возить перекись водорода не очень любят из-за склонности последнего к саморазложению
saag
13.11.2018 16:37А что не так с зелёными насаждениями, берём конструктив от бигелоу в развернутом состоянии условно цилиндр диаметром 6 метров, длиной 8, внутренняя площадь боковой поверхности примерно 150 метров кубических, где то попадалось информация что на одного человека а космосе нужно 30 метров квадратных зелёных насаждений для очистки воздуха итого имеем впритык на 5 человек, без учёта потребления кислорода бактериями, поскольку в космосе все дублируется, то оранжерей должно быть две, итого 300 метров квадратных, на 5 человек и бактерий хватает, но остаётся масса пространства между центральным телом оранжереи, считаем условно метр на гидропонику с растениями в высоту, делаем второй ярус получаем дополнительно 100 кв. метров на каждую оранжерею всего 500 кв. метров зелёных насаждений, очищающих атмосферу, снаружи солнечные батареи для запитываия подсветки, внутри аккумуляторы, вентиляция и прочее, дышите глубже, вы взволнованы:-)
nightwolf_du
13.11.2018 18:16Всё это хорошо, но это доп. парусность станции, сильное увеличение габаритов и массы, которую периодически надо подымать двигателями
dmitry_dvm
13.11.2018 23:07А на что там влияет парусность, вакуум же?
Marwin
13.11.2018 23:41+3на 400км там всё еще довольно много вещества… так что тормозит прилично
nightwolf_du
14.11.2018 09:43Судя по соответствующему графику — 200м в месяц стабильная потеря.
И не надо забывать, что чем ниже — тем больше теряем. И я сильно сомневаюсь, что это линейная зависимость.
А больше масса — больше топлива нужно потратить, чтобы поднять и разогнать.Garbus
15.11.2018 12:15Не совсем верно мне кажется, расход топлива на поддержание орбиты будет зависеть только от парусности. Если дополнительные секции цепляем «сзади», то не должно это особо влиять.
P.S. Разве что я ошибочно думаю об ориентации МКС, и она не осуществляется с прицелом на минимум подобных потерь.
HiMem-74
15.11.2018 14:26Ну а вот не надо просто так остатки СО2 за борт скидывать, «скормить» лишний газ ионному двигателю и еще профит получим )))
Zenitchik
16.11.2018 14:25Ионные двигатели не любят окислительные рабочие тела.
HiMem-74
16.11.2018 14:35Спасибо, не знал. По невежеству думал, что ионному двигателю можно скормить любое рабочее тело, хоть газ, хоть водяной пар, хоть пшенную кашу. Буквально сел на астероид, накидал в испаритель местной грязи и полетели дальше…
Zenitchik
16.11.2018 14:44Теоретически — можно. На практике — возникают проблемы с химически активными веществами. Они могут испортить двигатель. Возможно, эти проблемы решаемые, но я лично пока не слышал об ионниках на окислителе. Обычно стараются что-инертное или восстановительное.
opaopa
13.11.2018 18:44+2Кстати да, оранжереи, в которых «бесконечно» увеличивается объем оборудования (разрастается ботва) — единственный случай, когда конструктив бигелоу хорошо встает. Для обычных нагрузок (например стоек оборудования) смысла нет привезти пустой модуль, а потом отдельно корячиться с доставкой и монтажом оборудования. Второе гораздо дороже.
Правда я так и не представляю, как вы собираетесь совмещать требования по освещению (управляемому и фильтрованному) и теплоизоляции (толстой и «белой»).
Sabubu
13.11.2018 18:55Вот мне тоже кажется, что надувные модули тут хорошо бы подошли. Можно сделать их большими, прозрачными. Так как людей там внутри нет, то не надо заботиться о безопасности и утечках воздуха.
Как плюс — в космосе солнце очень ярко светит и не бывает облаков.HiMem-74
15.11.2018 14:36Как это не надо заботиться об утечках? В вакууме даже кактусы не будут расти! Ну и по поводу прозрачности это Вы тоже погорячились, все-таки космический модуль это не надувной матрас! Все-таки бигелоу не зря многослойные тряпочки шьёт. Пока путь такой — солнечные батареи (или реактор) снаружи -> фитолампы внутри.
MIKEk8
13.11.2018 17:07+2Неужели за 30 лет не придумали как просто чистить катализатор для версии 2.5?
На мой взгляд это странно, что резервуар с водорослями это норм, а система по очистки катализатора это «затратно в космическом смысле».
Понимаю что водоросли реализуют ещё и часть пищевой цепи, но их количество для обеспечения даже 3 человек едой должно быть прилично.maksim_ms
13.11.2018 17:16Можно совместить с производство карандашей или алмазов.
Barbaresk
13.11.2018 23:25+6А карандаши отправлять обратно на грузовых кораблях, чтобы не гонять порожняк, и продавать как сувениры с мкс. Возможно, это окажется выгоднее, чем все остальные схемы.
arheops
14.11.2018 08:08А дерево для карандашей выращивать в оранжереях, ага.
tretyakovpe
14.11.2018 09:32+3Зачем дерево? Там упоминали, что твердые отходы жизнедеятельности некуда девать…
BalinTomsk
14.11.2018 22:37Kосмическая карандашная фабрика имени МКС.
Organic, GMO free, Green Technology, Fair Trade.
хотя насчет последнего я не уверен.
darthmaul
13.11.2018 17:18-7Думаю что замікание цикла єто не так уж и критично. Все равно нужно запускать к МКС еду, оборудование и т.д, завезти заодно немного воды не проблема.А водоросли интересны как исследование на далёкую перспективу (Марс и дальше).
saag
14.11.2018 07:10+2а система по очистки катализатора это «затратно в космическом смысле».
И впрям удивительно, можно взять за основу принцип очистки фотобарабана лазерного принтера от отработанного тонера, где вместо фотобарабана выступал бы катализатор, потом отработку накопленную спускать вместе с транспортным кораблем.
но их количество для обеспечения даже 3 человек едой должно быть прилично.
Читал как то у Шкловского что человеку в сутки нужно 882 гр. кислорода Прибор для очистки воздуха хлореллой
Эксперимент БИОС-3
У Китая вроде как получилось с зелеными насаждениямиRusakovMxL
14.11.2018 10:06Помните пылесос циклонного типа, у которого был выходной фильтр гофрированного типа. Он очищался автоматически при помощи «трещотки», которая бегала по гофре по кругу. Простая идея. Пыль просто ссыпалась вниз. Можно также по проволочкам катализатора пробегаться и ссыпать графит. Единственное, не ясно, в каком виде этот графит скапливается. Может он в виде каких-то весьма твердых, трудно отделяемых частиц.
Еще вариант — статическое электричество, как в сварочном оптическом аппарате Фуджикура 60С. Как в остальных — не знаю. Чтобы пылинки с волокна убрать, на электроды подается высокое напряжение, недостаточное для пробоя, и пыль прилипает к электродам. При пропадании статики, пылинки будут падать вниз.DelphiCowboy
14.11.2018 11:07+1Куда вниз в невесомости сыпаться будет? :)
Кроме того летающая графитовая пыль — крайне нежелательна для электрических систем станции.
А вот собирать на электроды — это идея, только нужно всё под невесомость адаптировать.sumanai
14.11.2018 21:33Кроме того летающая графитовая пыль — крайне нежелательна для электрических систем станции.
Да и для людей это как асбест.
TheRussianSpy
15.11.2018 08:27Учитывая что графит появляется в результате химической реакции на самом катализаторе то логично предположить что графит к катализатору прилипнет практически намертво. Предположу что в результате это будет похоже на гальванизацию. При этом слой графита в несколько атомов остановит (или серьёзно замедлит) реакцию, и чистить придётся постоянно.
AVI-crak
13.11.2018 17:46Во всех фантастических фильмах — отказ системы жизнеобеспечения убивает экипаж через две минуты. Выходит врут?
opaopa
13.11.2018 18:37+3Видишь ли, фильмы придумывают профессиональные развлекатели публики, а не профессиональные создатели СЖО.
На эту тему еще незабвенный Витя Суворов высказывался…
Zenitchik
13.11.2018 18:19+3внутрь первой подается вакуум
Не критика, просто размышление.
Мне друг как-то раз рассказывал: «У нас на заводе есть ёмкости для ничего. Только они сейчас пустые, т.е. наоборот с воздухом».
Вакуум — странный предмет, вроде бы есть, а вроде бы нет.
Русский язык пасует, когда надо сформулировать что-то относительно вакуума. Не скажу за остальные языки, хотя подозреваю, что это общая проблема.helgevans
14.11.2018 07:11Это проблема человеческого мышления. Вообразите себе бесконечность или пустоту. Человек мыслит множествами и даже отсутствие всего — это пустое множество (вакуум — отсутствие вещества, к примеру). С бесконечностью тоже самое, мы (люди) представляем ее как множество с очень большим количеством элементов. Тут, вероятно, сказывается способ получения информации, он у нас, как известно, имперический (то есть завязан на органах чувств, а это автоматически связывает познание с множествами, как основой получаемой информации). Надеюсь, когда-нибудь человечество сделает шаг вперед именно в мышлении и путях получения информации. Но как это будет и когда остается только догадываться.
smrl Автор
14.11.2018 07:18Да, коряво получилось. Но и «создается» тоже странно бы смотрелось. Выглядело бы очковтирательством. Камеру просто открывают за борт, а по накладной — будто они его долго делали.
Ndochp
14.11.2018 16:35Ну так и надо писать, не фторник, а за день до среды. «В это время первая соединяется с окружающей средой, а цеолит подогревается. Углекислота выходит из него.»
Sabubu
13.11.2018 18:43> углекислый газ смешивается с водородом, и при высокой температуре углекислый газ сначала восстанавливается до угарного газа, а затем на катализаторе идет распад угарного газа до атомарного углерода.
А нет ли тут риска, что произойдет ошибка, и угарный газ будет подан в атмосферу станции?
> Это должна быть плантация такого размера, чтобы вы ежедневно собирали с нее ~800 граммов сухих листьев (на одного человека, в зависимости от того, сколько он ест)
То есть чтобы поглотить угл. газ от одного человека, нужна небольшая рощица?smrl Автор
14.11.2018 08:20Там и без угарного газа рисков хватает — на МКС в системе охлаждения есть аммиак, внутри модулей станции есть запасные емкости с ним. Так что регулярно проводятся тренировки на случай утечки, а иногда и настоящие утечки случаются.
jaiprakash
13.11.2018 19:11Зачем обычные растения, когда есть спирулина, хлорелла?
smrl Автор
14.11.2018 08:06Вы правы. ESA собирается как раз водоросли. Посмотрим, как это будет выглядеть — всего годик надо подождать.
alpha_ds
13.11.2018 21:09+1Постойте, так что это получается, в статьях про проветривание, бризеры, и прочий бытовой CO2 нам на порядок врут?
И проблемы начинаются не с 800-1000 ppm, а только от 7000?darthmaul
13.11.2018 22:06+1Это концентрация, которая может привести к заболеванию тренированого космонавта или потере им работоспособности. МКС — фронтир человечества, там комфорта никому не обещали. И не факт что обычный не тренированый человек вообще сможет осмысленно работать в тех условиях.
khim
14.11.2018 00:19+1И проблемы начинаются не с 800-1000 ppm, а только от 7000?
Ну одно дело — когда у тебя мозги начинают «клинить», а другое — когда ты сознание можешь потерять. Первое случается гораздо раньше.alpha_ds
14.11.2018 00:27-2Действительно, зачем тренированым космонавтам ясный мозг. Пусть себе клинит…
Я давно пользуюсь в быту измерителем CO2, чуствую дискомфорт при 800 ppm, "голова квадратная" при 2000.
Но представить постоянную работу даже специально тренированного при 5000 не могу.
Что то не сходится в этих числах.smrl Автор
14.11.2018 07:55В простых измерителях, вроде бы, могут быть проблемы с калибровкой. И тогда в реальности содержание выше, чем он показывает.
Но никто не отменял и личные особенности, и психологические бзики. Я тоже если четверть часа сижу в комнате, где окно наглухо, — кажется, что начинаю чувствовать духоту. Поэтому тоже содрогаюсь от мысли жить не то что днями, а месяцами при 0,5%.
smrl Автор
14.11.2018 07:43Ну почему врут. Чем меньше, тем приятнее.
Лучше размышлять про 5000 ppm — как о среднем положении. Вроде, духоту можно и не заметить (если увлеклись каким-нибудь делом). Но когда надо до предела сосредоточиться, и выдать максимум, — «нет, что-то в этом месте вдохновение не приходит».
Если уменьшать, будете бодрее и работоспособнее.
Если увеличивать, тогда становится не по себе, и далее уже неприятные ощущения.
Кроме того, у разных людей чувствительность к этому разная. Кто-то особо не напряжет и 1%. Кто-то готов пожить в духоте, но зато испытать то, чего на земле не испытаешь. А для кого-то это меркантильный обмен: полгода при 5000 ppm — за $150,000.
Henry7
13.11.2018 21:43Однако в реальности НАСА старается держать на МКС уровень не выше 0,5%
Т.е. 5.000 ppm.
В офисе при достижении 1.500 ppm уже становится не комфортно. Как космонавты с этим справляются месяцами?GPavlikh
13.11.2018 22:06+3У Скотта Келли в книге про это есть. Проблемы с установкой регенерации воздуха сильно влияют на самочувствие космонавтов на МКС.
hatari90
14.11.2018 09:58На подводных лодках вроде до 8000 ppm предельная концентрация. Хотя в комментариях к какой-то посвященной очередной метеостанции статье писали, что может превышать и 10000.
coturnix19
14.11.2018 22:37Ну так, станции — не офисы и дешевой китайской пластмассы и клеенной фенольными смолами мебели там скорее всего нету.
sdveg
13.11.2018 23:33-1Не увидел про Регенеративный патрон РП-100
Нельзя как то усовершенствовать их вес и закидывать в космос таких патронов кучу?khim
14.11.2018 00:21+4Вы статью-то читали, нет? Там фотка как раз близкого родственника. Розовенькая такая дура круглая. А рядом ишшо и пуковки, да. Их читают.
smrl Автор
14.11.2018 07:47+1Я бы даже сказал потомка. У дедушки внутри состав другой. Хотя с подобным составом тоже летали, но не в космос, а когда был довоенный бум стратостатов.
Marwin
13.11.2018 23:45Средний человек потребляет кислорода ~1 кг/сутки
А почему тогда кислородных баллонов у водолазов хватает на так мало? Ну, понятно, что там не 100% кислород, но получается разница на порядки.
Хотя, наверно, как раз потому, что там не 100% кислород, а пустить выдыхаемый воздух по второму кругу уже нельзя из-за выросшей доли СО2?
vvzvlad
14.11.2018 01:11Да, потому что человек — приведливая хрень, и чистым кислородом дышать не может. А смеси для глубин вообще содержат очень мало кислорода.
DelphiCowboy
14.11.2018 07:15+1Человек может дышать чистым кислородом. Но, чистый кислород — крайне пожароопасен. После неоднократных смертей (люди сгорали заживо), американцы от чистого кислорода отказались.
Deosis
14.11.2018 08:13Человек может дышать чистым кислородом.
Но недолго.
DelphiCowboy
14.11.2018 08:48+1Американские астронавты постоянно кислородом дышали при пониженном давлении, что было очень экономно по весу. Но, как оказалось крайне небезопасно — малейшая искра, и пожар, который не успеть потушить.
black_semargl
14.11.2018 11:17+1Небезопасно оказалось дышать кислородом на Земле в тренажере (при 1 атм). И в СССР тоже.
Nubus
14.11.2018 05:39Ну допустим у нас с вами всего 21% кислорода в атмосфере. То есть в 5 килограммах воздуха всего лишь 1 кг кислорода. Для глубоководников этот процент ещё меньше.
zet2
14.11.2018 07:48Углекислый газ при 58 атмосферах переходит в жидкую фазу-углекислоту. А углекислоту можно разлагать в электролизе на углерод и кислород.
REPISOT
14.11.2018 09:16-3русская шашка
в русской системе
Может, все же «российская»? Откуда у шашки национальность? Страна производства есть, да.
P.S. А если бы их делал Израиль, вы бы написали еврейская?smrl Автор
15.11.2018 06:44-1Хм. Ну, «русская» — потому что так естественнее в языке, и банально короче, чем «российская». А смысл в контексте такой же.
В русском (да любом) языке так сложилось, что у похожих словоформ разная сочетаемость. Америка, американский. Но: Германия, немецкий — если не брать официоз. Россия, русский — если не брать официоз. Израиль, из Израиля — я обычно слышу такое употребление, когда речь о вещах оттуда.
Если вас правда интересует, как бы я сказал, если бы речь шла о шашке, которую делают в Израиле — или «израильская», или «из Израиля».
Знаете, в современном американском гуманитарном дискурсе есть такая тема: раньше про человека как человека писали просто «он». И умные женщины почему-то не считали, что этим их унижают. Теперь же, с расцветом гендерного самосознания, могут заклевать, если автор не чередует «он» и «она» через абзац, или даже через предложение.
Хорошо, что здесь до такого еще не дошли.
Я и так, когда писал, поймал себя на том, что боюсь обидеть и фанатичных советофилов, и фанатичных западофилов, — и невольно вставляю то «космонавт», то «астронавт».
А ведь если так пойдет, лет через десять придется уже не просто космонавт/астронавт, а космонавт/астронавт/тайконавт/космонавтка?/астронавтка?/тайконавтка?.. Причем бить будут в любом случае. Одним будет не нравиться, если женщину обзовут «космонавтом» (игнорировали ее женский пол!) а другим будет оскорбительно, что ее назвали «космонавткой» (в слове сквозит пренебрежение к женщинам в этой профессии!).
DNASoft
14.11.2018 19:35-2Как я обожаю такие статьи, счас миллион и один вопрос задам:
почему тонкий графеновый шланг до верхних слоёв атмосферы не опустить и запылесосить нужное количество кислорода, почему парники в космосе не обустроить, почему не использовать газовую центрифугу для разделения СО2, почему…Zenitchik
14.11.2018 19:57+1Потому что чтобы «запылесосить» нужно понизить давление в пылесосе. А куда дальше понижать-то? Мы такой высокий вакуум даже диффузионными насосами создать не можем.
Iv38
15.11.2018 10:30А еще есть похожий способ сводить космические аппараты с орбиты торможением об атмосферу.
bash_m_ak
15.11.2018 05:59+1Непонятно почему метан выкидывается, а не разлагают на водород и углерод с помощью плазменного разложения en.wikipedia.org/wiki/Kv%C3%A6rner_process — катализатора нет (нет проблем с его очисткой), процесс промышленный, работоспособность доказана
MyshinyjKorol
15.11.2018 13:45У меня вопрос — нет ли ошибки в расчетах про величину оранжереи для поглощения углекислого газа? Вроде бы для 400 кг кислорода потребляемого за год требуется поглотить ок 150 кг углерода, а это около 400 г в сутки, а не 800 и не совсем сухой листвы, а прироста всей массы растений. Да и по быстрогуглящимся сведениями (т.е. непроверенным) 1 га зеленых насаждений потребляет углекислоту от 200 человек, т.е. на 1 одного нужно 50 кв м.
smrl Автор
15.11.2018 13:47Все верно, кроме одного — вы зря округлили опавшие листья до чистого углерода. Все-таки это в основном клетчатка, то есть непищевые углеводы. А в углеводах только 0,4 углерода по массе.
phdnk
16.11.2018 01:11Предлагаю из отхожего метана выращивать CVD алмазы, а водород направлять в реактор Сабатье.
300 грамм алмазов в сутки на человека.
Где-то должен быть подвох )
noanswer
метаном (и жидкими углеводородами) можно кормить микроорганизмы — это отработанный биотехнологический процесс получения кормов для животных. И imho это проще чем фотосинтез, потому что все идет в одном компактном реакторе и не надо больших площадей для поглощения света.
другое дело что человеки предпочитают кушать не микробную массу, а коровок/свинок/птичек которые кушали микробную массу.
MUTbKA98
На станции это бесполезно потому, что эти бактерии кушают не только метан, но и кислород.
noanswer
зато в результате получаем белок
imm
белок можно тоже разделить на составляющие — шкурки на шубы (эксклюзивный экспорт космических шуб), мясо в рацион. белки — это вообще тема, ну и просто мимими
vanxant
Метан можно жечь! Вот прямо в реактивном двигателе.
Да, нужен окислитель, но он всё равно нужен. Что МКС, что марсианский корабль постоянно должен немножко подруливать, поднимать орбиту и т.д.
Странно, что об этом не подумали.
Zenitchik
Для подруливания и поднимания орбиты — метан неудобное горючее. Несамовозгорающееся с основными окислителями.