Углекислый газ — за борт

В сутки человек усваивает из воздуха около килограмма кислорода (O₂). Примерно три четверти из этого количества выделяется с дыханием, но уже в составе углекислого газа (CO₂), которого в выдыхаемом воздухе содержится примерно 5%. В то же время предельно допустимая объемная концентрация СО₂ составляет лишь десятые доли процента. При большем количестве он начинает препятствовать усвоению кислорода. Если не очищать воздух, содержание углекислого газа быстро вырастет и самочувствие экипажа резко ухудшится вплоть до гибели. Кроме того, через легкие и кожу в сутки выделяется 1—2 килограмма водяных паров, от которых тоже надо избавляться, прежде чем они начнут конденсироваться на оборудовании.

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 CO₂ 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 CO₂. 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