Как инженеры решают проблему водоснабжения в космосе
Когда вы отправляетесь в поход, вам, возможно, придётся брать с собой еду и что-нибудь для фильтрации или очистки воды. Но представьте, что ваш кемпинг находится в космосе, где нет воды, а брать с собой канистры с водой было бы нерационально, ведь каждый дюйм грузового пространства на счету. Именно с такой ключевой задачей столкнулись инженеры при проектировании Международной космической станции (МКС).
До того как NASA разработала передовую систему рециркуляции воды, вода составляла почти половину полезной нагрузки шаттлов, направляющихся к МКС.
Сегодня NASA восстанавливает более 90% воды, используемой в космосе. Чистая вода поддерживает уровень гидратации, гигиены и обеспечивает питание астронавтов, поскольку её можно использовать для восстановления влажности продуктов.
Система восстановления воды — один из компонентов системы контроля окружающей среды и жизнеобеспечения, которая имеет решающее значение для будущих лунных баз, миссий на Марс и даже потенциальных космических поселений.
Система жизнеобеспечения NASA
Система жизнеобеспечения NASA — это комплекс оборудования и процессов, которые выполняют несколько функций для управления воздухом и качеством воды, отходами, атмосферным давлением и системами экстренного реагирования, такими как обнаружение и тушение пожаров.
Система восстановления воды, используемая в космосе, основана на некоторых принципах, аналогичных системам очистки воды на Земле. Однако они специально разработаны для работы в условиях микрогравитации с минимальным обслуживанием. Эти системы также должны работать в течение месяцев или даже лет без необходимости замены деталей или ручного вмешательства.
Система водоподготовки на МКС состоит из нескольких подсистем. Например, установка для обработки мочи восстанавливает около 75% воды из мочи путём нагрева и вакуумной компрессии. Восстановленная вода отправляется в блок водоочистного оборудования для дальнейшей очистки.
В блоке обработки рассола тёплый сухой воздух испаряет воду из оставшегося рассола. Фильтр отделяет загрязнители от водяного пара, а водяной пар собирается для получения питьевой воды.
Система регенерации воздуха конденсирует влагу из воздуха в кабине — в основном водяной пар, выделяемый с потом и при дыхании, — в жидкую воду. Она направляет восстановленную воду в блок водоочистного оборудования, который обрабатывает всю собранную воду.
Процесс очистки в блоке водоочистного оборудования включает несколько этапов. Сначала вся восстановленная вода проходит через фильтры для удаления взвешенных частиц, таких как пыль. Затем серия фильтров удаляет соли и некоторые органические загрязнители, после чего применяется химический процесс, называемый каталитическим окислением, в котором используется тепло и кислород для разрушения оставшихся органических соединений. На последнем этапе в воду добавляется йод для предотвращения роста микробов во время хранения.
На выходе получается питьевая вода, зачастую более чистая, чем муниципальная водопроводная вода на Земле.
Чтобы сделать возможными пилотируемые полёты на Марс, NASA подсчитало, что космические аппараты должны возвращать не менее 98% используемой на борту воды. Хотя автономные путешествия на Марс всё ещё планируются через несколько лет, новый блок обработки рассола на МКС повысил степень восстановления воды настолько, что достижение этого показателя в 98% теперь возможно. Однако требуется дополнительная работа для разработки компактной системы, которую можно будет использовать на космическом корабле.