Космонавт Сергей Крикалев с устройством электролиза воды «Электрон». Фото: NASA
Проще всего поддерживать состав атмосферы, сбрасывая «отработанный» воздух за борт и подавая свежий из баллонов. Однако без специальных приспособлений человек может использовать лишь около 1% кислорода, содержащегося в помещении. После этого концентрация CO sub 2 /sub поднимается до опасного уровня, и воздух необходимо менять. Получается, что вместо килограмма кислорода на человека в сутки придется брать в полет в 100 раз больше. Поэтому на практике применяются более сложные системы, которые удаляют углекислоту без сброса (или с существенно меньшим сбросом) воздуха за борт.
На заре космонавтики рассматривалась идея очистки воздуха путем вымораживания: сначала конденсируется водяной пар, а затем при температурах ниже –78 °С замерзает CO sub 2 /sub . Но такой метод слишком расточителен в энергетическом плане, да и надежность криогенных систем оставляет желать лучшего. Поэтому на практике холодильники-конденсаторы применялись только для удаления избытка влаги, в частности на кораблях «Восток», «Восход» и «Союз», а также на орбитальных станциях «Салют». Углекислый же газ удаляли физико-химическими методами с применением различных сорбентов. В американских пилотируемых аппаратах воздух прогонялся через контейнеры с гидроокисью лития, которая захватывает углекислый газ, а в советских — через надперекись калия, которая вдобавок выделяет кислород при контакте с влажным воздухом. На выходе такой регенерационной установки ставился фильтр, например из активированного угля, для поглощения других вредных примесей.
На «Мире» и Международной космической станции (МКС) все устроено несколько иначе. Здесь применили многоразовые цеолитовые поглотители углекислоты и «лишней воды» (молекулярные сита). «Напитавшиеся» углекислым газом поглотители вставляют в специальную печку, где они за несколько часов под нагревом высвобождают углекислый газ в забортное пространство.
Командир 10-й экспедиции на МКС астронавт Лерой Чиао тренируется на беговой дорожке в модуле «Звезда». Фото: NASA
Чтобы не сойти с ума
Сегодня это кажется странным, но всего полвека назад медики вовсе не были уверены, что человек сможет пережить условия космического полета. Никто не знал, как подействуют на организм перегрузки, невесомость, космическое излучение, сознание оторванности от Земли. В фантастическом рассказе «Лунная бомба», опубликованном еще в 1926 году, Андрей Платонов приводит сообщения с борта первого космического аппарата инженера Крейцкопфа, который отправился облететь Луну: 7. Звезды физически гремят, несясь по своим путям... Передайте, что я у источников земной поэзии... Здесь страшно, тревожно и все понятно...
9. Я обнаружил кругом электромагнитный океан.
10. Нет никакой надежды на возвращение на Землю, лечу в синей заре.
11. Луна надвигается. Напряжение два миллиона вольт. Мрак.
14. Среда электромагнитных волн, где я нахожусь, имеет свойство возбуждать во мне мощные, неудержимые бесконтрольные мысли. Я не могу справиться с этим нашептыванием. Я не владею больше своими мозгами, хотя сопротивляюсь до густого пота...
20. Иду в газовых тучах лунных извержений. Тысячелетия прошли с момента моего отрыва от земного шара. Живы ли те, кому я сигнализирую эти слова, слышите ли вы меня? (С момента отлета Крейцкопфа прошло девятнадцать часов. — Примечание акад. Лесюрена.)
23. «Бомба» снижается. Я открываю люк, чтобы найти исход себе. Прощайте. Чего-то подобного опасались медики и психологи спустя 35 лет, когда готовили к полету Юрия Гагарина. На случай неадекватных действий со стороны пилота первого корабля из-за перегруженной психики инженеры позаботились о его безопасности. Прежде чем запустить тормозной двигатель, ему надлежало подтвердить свою вменяемость, решив простую логическую задачку: получить цифровой код. Только введя его, можно было вручную включить необходимое оборудование.
Кислородный запас
Когда проблема очистки воздуха решена, дело остается за малым: регулярно восполнять расход кислорода. В капсуле «Меркурий», первом американском космическом корабле, кислород добавлялся из газового баллона по сигналу датчика парциального давления. Аналогично обеспечивалась и орбитальная станция «Скайлэб», на борту которой в сжатом виде хранилось более 2 тонн кислорода и 600 килограммов азота в баллонах под давлением почти 210 атмосфер.
А вот на кораблях «Джемини» и «Аполлон» был применен иной подход к обеспечению кислородом. Его хранили в жидком виде и подавали для дыхания через контур газификации. Одновременно кислород использовался в топливных элементах для выработки электроэнергии в прямой реакции с водородом. Так же устроено снабжение кислородом и на космических челноках «Спейс шаттл». У них нет солнечных батарей, так что кислород нужен не только для дыхания экипажа, но и для работы электрооборудования. Его запас в значительной мере определяет возможную продолжительность полета.
Прямо противоположный подход применяется на МКС. Здесь высокая мощность солнечных батарей делает оправданным обратный процесс: электролизер «Электрон» разлагает техническую воду на кислород, пополняющий атмосферу станции, и водород, который сбрасывается за борт. Правда, такая система оказалась не слишком надежной. В 2005 году на МКС возникли неполадки с «Электроном», и российские космонавты были вынуждены сжигать так называемые кислородные шашки. Это устройства, представляющие собой канистру с пер хлоратом лития и железным порошком, которые при медленном горении выделяют газообразный кислород. По количеству запасенного кислорода на единицу массы шашки существенно эффективнее баллонов со сжатым воздухом, но при их использовании нельзя регулировать приток кислорода. Кроме того, срок их хранения ограничен.
Вода и пища
Важнейшими после дыхания потребностями человека являются питье и еда. По российским нормативам для нормальной работоспособности космонавт должен получать в сутки 2,2 литра воды, из которых около 0,75 литра используются для питья. У американских астронавтов норма расхода воды больше — примерно 3,6 литра. Для питья у каждого члена экипажа есть индивидуальный мундштук, который насаживается на шприцы разветвленной бортовой системы водоснабжения «Родник». На них же надеваются тюбики с сублимированной пищей. На МКС воду доставляют в основном грузовыми рейсами «Прогрессов» и «Шаттлов», а в последнее время еще и европейскими транспортными кораблями «Жюль Верн».
Космические продукты. На пакете с сублимированным протертым шпинатом (вверху справа) виден клапан для воды. Фото: NASA
Воду также получают в результате работы кислородно-водородных топливных элементов. Но из-за большого количества растворенных газов ее используют только для технических, в частности гигиенических нужд. На станциях «Салют» и «Мир» техническая вода добывалась из конденсата атмосферной влаги и мочи космонавтов, чем достигалась почти полная замкнутость системы водоснабжения. Это, в частности, позволило оборудовать станции душевой кабинкой из полимерной пленки, в которую вода подавалась под давлением через распылитель. На МКС контур «по воде» разомкнут: ее отходы сливают в опустевшие водяные баки «Прогрессов» и более не используют. Душа здесь нет, и экипаж «моется всухую», обтираясь влажными салфетками. Связано это не только с экономией воды, но и с большой длительностью и трудоемкостью принятия душа в невесомости. Достаточно сказать, что, прежде чем выйти из кабинки, космонавт должен был специальным отсасывающим устройством тщательно собрать внутри все капли воды. По той же причине экономии времени космонавты не стирают одежду на борту, а просто периодически берут новый комплект.