Вдох-выдох: как ученым удалось получить кислород на марсе

Как экипаж МКС соблюдает чистоту и использует туалет?

Волосы, кусочки ногтей или пузырьки воды — не самые лучшие друзья дорогому оборудованию станции. Добавьте сюда микрогравитацию — и при халатности можно ждать беды. Вот почему члены экипажа очень и очень осторожны, когда дело доходит до собственной гигиены. Известный многим канадский астронавт Крис Хэдфилд (ставший настоящей медийной звездой в 2013 году) однажды даже рассказал, что безопасность доходит до такого уровня, что членам экипажа приходиться глотать зубную пасту после того, как они почистят зубы. Хэдфилд широко известен благодаря своим роликам на YouTube, где он рассказывает о жизни на станции и показывает, как люди на ней моют руки (специальным мылом), бреются (при этом используя специальный гель), стригутся (при использовании своего рода пылесоса), а также стригут ногти (и при этом ловят каждый уплывающий в таком случае кусочек собственной плоти). В свою очередь, Коулман рассказывает о том, что члены экипажа используют специальный шампунь, однако за время пребывания на станции ей не удалось принять душ, хотя душем это назвать можно лишь с большой натяжкой. Дело в том, что чтобы вымыться, жители станции используют только влажную губку, а не целый набор, который можно встретить на Земле.

до недавнего времени

Что же касается мочи, то, как говорит Хэдфилд, урина отправляется прямиком в систему фильтрации, где на выходе получается чистая вода, которую жители станции повторно используют для питья, а также регидратации их продуктов питания.

Экипаж МКС

По данным научного издания ScienceAlert, на данный момент внутри Международной космической станции находится три человека. Двумя из них являются космонавты «Роскосмоса» Иван Вагнер и Анатолий Иванишину. Сторону NASA представляет только командир Крис Кэссиди (Chris Cassidy). В ходе изучения станции на наличие утечки, оказавшимся внутри модуля «Звезда» членам экипажа придется продолжать проводимые научные работы, но в более замкнутых условиях. О том, какую работу они там выполняют на данный момент, ничего неизвестно.

Модуль «Звезда»

До 2 августа 2020 года внутри станции также находились астронавты Боб Бенкен (Bob Behnken) и Даг Херли (Doug Hurley), которые совершили исторический полет внутри корабля Crew Dragon

Эта миссия считается очень важной по двум причинам. Во-первых, США впервые за почти десять лет отправила на МКС астронавтов внутри американского аппарата, без помощи «Роскосмоса»

Во-вторых, это был первый раз, когда отправка живых людей в космос была доверена частной компании, а не государственной организации. На данный момент Боб и Даг уже вернулись на Землю — о том, как прошло приземление, я рассказывал в этом материале.

Корабль Crew Dragon

Источники загрязнения космического пространства

В 1979 году в США впервые запущена программа по изучению космического мусора, оставляемого после выхода из строя спутников. С тех пор термин «космический мусор» обозначает все объекты рукотворного происхождения, находящиеся в космосе и выведенные из строя. Интересна структура таких объектов, находящихся рядом с поверхностью планеты:

• исправно работающие аппараты – 6%;
• выведенные из рабочего состояния КА – 22%;
• разгонные блоки и ступени РН – 17%;
• разные технологичные элементы, отходы, оставленные в результате процесса запуска, фрагменты, обломки разных устройств – 55%.

Специалисты NASA докладывают, что около 33% всего космического мусора — результаты 10 космических миссий, потерпевших провал.

Отработавшие свой срок спутники

Значительная часть космических аппаратов эксплуатируется 5-10 лет, а потом их заменяют на более новые и совершенные модели.

За последние пять лет более 6.5 тыс. спутников запустили с Земли в космос и примерно 55% из них (3.5 тыс.) продолжают свою работу до сих пор.

Сразу несколько компаний строят планы по покрытию спутниковым интернетом всей территории планеты. Компания OneWeb считает необходимым запустить около 700 аппаратов для этой цели, а SpaceX считает, что потребуется не менее 12 тыс.

Система спутников Starlink

Такие проекты могут привести к появлению на орбите гигантского количества мусора, но и создать реальную опасность столкновения космических аппаратов. Известен случай, когда в ноябре 2019 года европейский метеоспутник ADM-Aeolus практически чудом смог разминуться и не столкнуться с аппаратом Starlink от SpaceX.

Еще одну проблему начинают создавать кубсаты – малые и сверхмалые спутники, популярность которых с 2010 года набирает стремительные обороты. Они достаточно дешевы в производстве, занимают мало места, а потому на орбиту доставляются десятками за один раз, при этом они практически неуправляемы.

Спутник формата CubeSat

Процесс утилизации объектов, отработавших свое, происходит за счет их запуска в атмосферу или отправкой на орбиту захоронения космического мусора. Большие объекты обычно опускают на дно Тихого океана, где не пролегает маршрут судов. Для доставки космического мусора на «мусорную» орбиту требуется потратить много топлива, а утилизация мусора обходится в сотни тысяч долларов только за один килограмм, поэтому такие траты стараются сократить.

Космический проект «Вестфолд»

Проект был запущен в 60-х годах прошлого столетия и именно он стал причиной самого большого выброса космического мусора на орбиту планеты. Военные планировали создать искусственную ионосферу, которая позволяла бы поддерживать связь по всей Земле. Для реализации этой цели на орбиту земли вывели миллионы мелких иголок. Последние проработали не более недели, сломались и превратились в космический мусор. Значительная их часть сгорела в атмосфере, но большое количество до сих пор находятся на орбите.

Ракетные блоки

На килограмм массы, которая выводится в космос в рабочих целях, приходится около 5 кг дополнительной массы, которая неизбежно превратится в мусор.

Передовые ступени ракет-носителей сегодня способны возвращаться обратно на землю, что нельзя сказать о разгонных блоках, которые остаются за пределами атмосферы. Часто в них остается некоторое количество топлива (5-10%), которое иногда детонирует, превращая разгонный блок в тысячи мелких осколков.

Другие источники космического мусора

Происхождение космического мусора разнообразно. Некоторую его часть составляют вещи, использованные космонавтами и оставленные в космическом пространстве. Большую часть небольших частиц составляют несгораемые остатки ракетного топлива в твердом виде или капли жидкого металла, оставшиеся из ядерных установок. Дополнительный мусор создают испытания специального противоспутникового оружия. Так, в 2007 году проводились испытания китайского оружия, которым эта страна сбила свой аппарат «Фэнъюнь-1C».

Решения разработчиков этой системы в СССР и США отличаются друг от друга

В американских кораблях «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» (кроме «Шаттлов») применена чисто кислородная атмосфера с давлением 260-280 мм ртутного столба. Такое решение упрощает задачи конструкторов, поскольку снижает требования к прочности элементов конструкции корабля и позволяет уменьшить его вес. А каждый килограмм на орбите пока еще дороже золота. Но кислородный состав «воздуха» вынуждает астронавтов перед стартом около двух часов дышать в корабле чистым кислородом, а при выведении аппарата на орбиту стравливать давление из кабины. Запасы кислорода на американских кораблях находятся в баллонах высокого давления.

Транспортный корабль «Союз».

Наши специалисты решили создать внутри корабля атмосферу, подобную земной. С точки зрения комфорта это наилучшее решение. Но при наддуве скафандров (а это необходимо в случае нарушения герметичности космического корабля и, как следствие, резкого падения давления в кабине) создается большой перепад давления: внутри скафандра примерно 760 мм ртутного столба, снаружи – ноль. В этих условиях космонавт становится практически обездвижен. Выход есть: снизить давление и перейти на дыхание чистым кислородом, что технически очень непросто. Но это, пожалуй, единственная проблема. Вторая очевидная проблема – увеличение веса корабля – имеет обратную сторону, которая означает значительный плюс для экипажа, – радиационная защита в кораблях с земной атмосферой значительно лучше за счет увеличения толщины оболочки корабля.

В длительных полетах это имеет решающее значение. Поэтому в современных космических кораблях – как в российских, так и в американских – создается земная атмосфера. Отвечает за ее воспроизведение система, которая по терминологии отечественной космонавтики называется СОГС – система обеспечения газового состава.

Регенератор кислорода на Международной космической станции.

СОГС предусматривает в качестве основного источника кислорода регенерационную установку, в которой кислород восстанавливается из воды. Интересна история создания первой подобной установки. Специалистам ОКБ-124 под руководством Г. И. Воронина в конце 50-х годов прошлого века было поручено решить вопрос об обеспечении кислородом космонавтов на космическом корабле «Восток». Решение было выбрано в пользу применения регенерационной установки, но в авиации опыта конструирования и применения регенераторов не было. Тогда с помощью предприятий-разработчиков регенерационных установок для подводных лодок был подобран ее тип и материал, который при прохождении через него влажного воздуха выделял кислород с образованием щелочи. Щелочь вступала в реакцию с углекислым газом и связывала его, превращая в твердое вещество. Ресурс установки – 12 суток, что гораздо больше ресурса системы подачи кислорода первого пилотируемого КА США «Меркурий» (36 часов).

Повышенный ресурс СОГС КА «Восток» имел большое значение для спасения космонавтов при отказе тормозного двигателя. В этом случае КА все равно бы оказался на Земле за счет естественного торможения, поскольку остатки атмосферы на высотах орбитального полета еще имеются. Ожидаемое время нахождения КА на орбите без выдачи тормозного импульса – около недели, космонавт на «Востоке» мог относительно спокойно дождаться приземления, правда, это могло случиться практически в любой точке траектории, например в Тихом океане или в горах Южной Америки. Малый ресурс системы подачи кислорода «Меркурия» требовал повышенной надежности работы тормозного двигателя. Его отказ приравнивался к гибели астронавта, так как корабль остался бы на орбите значительно дольше заданных 36 часов.

Внутри Международной космической станции. Модуль США.

Одно необходимое замечание о работе СОГС. Важную роль на борту КА в условиях невесомости – там нет конвекции – играют вентиляторы и воздуховоды. Они установлены в отсеках так, чтобы не возникало застойных зон и обеспечивалось равномерное перемешивание газовой среды. В противном случае возможна ситуация, когда космонавт (или астронавт), неподвижно выполняя какой-то длительный эксперимент или во время сна, «выдышит» кислород в пространстве рядом с собой и почувствует себя плохо от избытка углекислого газа.

Воздух!

МКС — станция не новая и уже почти исчерпавшая свой срок службы. За это время ломалось практически всё и не по разу. Выходили из строя системы переработки углекислого газа, фиксировались утечки аммиака, ломался канал питания, не работала система терморегулирования, и даже главный компьютер требовал починки.

Космонавт Олег Артемьев за ремонтом(источник фото)

Спасает в этих случаях модульность станции и отсутствие недублированных систем. Это всегда позволяет выиграть время для починки или даже дождаться запасных деталей с Земли. Именно логистика становится главной проблемой при поломках. Грузовые корабли ходят не так часто, возможности послать что-либо вне плана просто нет. Вот и приходится проверять все системы, чтобы подобные ЧП случались как можно реже.

Увы, но в ближайшие годы нас, скорее всего, ждёт примерно то же, что и в последние годы эксплуатацииМира»: поломки будут случаться всё чаще, а их устранение будет занимать львиную долю рабочего времени.

Впрочем, вернёмся к нашему кондиционеру. Пугаться не стоит, специалисты утверждают, что, скорее всего, систему починят уже в ближайшие дни. Но даже если проблема окажется очень серьёзной и угрожающей работе всей станции, у космонавтов всегда стоят припаркованные пилотируемые кораблиСоюз». Так что можно не волноваться — спастись команда успеет.

Пока же можно расслабиться, в настоящее время в космосе находятся аж шесть человек, нехватки рабочих и умелых рук не наблюдается. Всё будет хорошо. Точно‑точно.

Утечка воздуха

По словам представителя NASA Марка Гарсия (Mark Garcia), примерно до 24 августа все люки станции будут закрыты. Это позволит диспетчерам проследить за давлением воздуха в каждой капсуле станции. Найти место утечки воздуха планируется уже к концу следующей недели, то есть до завершения августа. После этого будут предприняты действия по устранению проблемы. Скорее всего, починкой станции займутся находящиеся в ней астронавты. А пока им остается только продолжать выполнение своих основных миссий. Представители NASA уверяют, что их жизням ничего не угрожает.

По данным РИА Новости, утечка воздуха на МКС могла произойти по самым разным причинам. Во-первых, отверстие на корпусе станции могло образоваться вследствие столкновения с ней космического мусора. Во-вторых, на станции могли попросту отвалиться уплотнители, которые как раз таки препятствуют утечке воздуха. Об этом, по крайней мере, сообщил руководитель Института космической политики Иван Моисеев.

Существование в невесомости

Невесомость делает космический быт невыносимым. Пища космонавтов мелко расфасована. Еды – на один укус, чтобы не оставлять крошек. Дело в том, что любая летающая крошка или капля, попав в дыхательные пути кого-нибудь из членов экипажа, может стать причиной его смерти.

Люди переносят невесомость порой очень тяжело. Почти все космонавты подвержены так называемой «космической болезни»: головные боли, потеря ориентации в пространстве и отсутствие нормальной координации. Продолжается это состояние первые несколько дней пребывания в космосе.

Соблюдение привычных правил гигиены превращается в проблему. На орбите толком ни помыться, ни в туалет сходить. В свое время над вопросом космических туалетов работало несколько научно-исследовательских институтов.

Есть у космонавтов и каюты. Это такие ниши шириной и глубиной примерно в полметра.

Каюта Космонавта на МКС

Обстановка в «апартаментах» тоже не роскошная: висящий на крючке спальник да зеркало. Многие космонавты жалуются, что первое время не могут уснуть из-за отсутствия привычного горизонтального положения и кровати.

В космосе можно вырасти! Из-за отсутствия силы притяжения в космосе позвоночник человека немного удлиняется. В связи с этим рост человека увеличивается в среднем на 4-6 сантиметров. Современные скафандры и индивидуальное оборудование разрабатываются с учетом этих особенностей. Кстати, на заре космонавтики это приводило инженеров-проектировщиков в замешательство: во время полёта космонавту вдруг становилось тесно в своем посадочном месте!

Нелегко проходит и обратное привыкание к условиям жизни на Земле. Помимо появившейся силы тяжести и, соответственно, постоянной нагрузки на организм, космонавты заново привыкают к отсутствию невесомости — к тому, что окружающие предметы больше не парят свободно в воздухе. Поначалу некоторые из них даже пытались, например, оставить чашку висеть поблизости, забыв, что она упадет и разобьётся.

Проблемы земные и космические

— Центр, это станция, у нас проблемы, вышел из строя компьютер!- Играйте на запасном, повторяю, играйте на запасном.(старый анекдот)

Поломка кондиционера — дело обычное. Вы звоните в сервисный центр, приезжает мастер в засаленной футболке с космодесантниками, копается в умершем кондиционере, два раза курит. Наконец с умным видом он называет причину поломки, вы заказываете деталь, и через пару дней к вам снова приезжает мастер в той же футболке(совсем он её не меняет что ли?), копается ещё час, попутно умудряется испортить обои на видном месте, затем называет цену, получает деньги и уходит довольный. Увы — это здесь, на Земле.

На МКС подобная поломка тянет на полноценное ЧП. Специалисты по обслуживанию космических систем жизнеобеспечения собираются в рабочую группу. Космонавты бросают те дела, что можно отложить, достают пухлые справочники и принимаются искать причину произошедшего, прислушиваясь к советам с Земли

Да, все системы продублированы, но починка сломанного — дело первостепенной важности. Именно поэтому подавляющее большинство космонавтов имеют техническое образование

Шах и мат, гуманитарии!

Во время чрезвычайных ситуаций паники у космонавтов нет. На орбите люди серьёзные и психологически подготовленные, они умеют относиться с юмором к любой ситуации. Например, в 2008 и 2009 году, во время поломки туалета, космонавты вешали на его дверь табличкуНе работает», хотя на станции было всего три человека. Интересующиеся космосом могут вспомнить мятеж на американской станцииСкайлэб», но это настоящее исключение.

Как космонавты и астронавты добираются до МКС и возвращаются обратно?

Пока непонятно, как текущие разногласия между российским космическим агентством и американским космическим агентством повлияют на будущие миссии, связанные с МКС, однако со стороны США активизировались частные компании, ведущие разработки пилотируемых космических аппаратов и обещающие начать их запуск к 2017 году. К счастью, на борту самой МКС между членами экипажа никаких политических разногласий нет. Как поделилась американский астронавт Кади Коулман в интервью портала Engadet, экипаж старается не затрагивать политических вопросов, а вместо этого люди стараются найти общие между собой интересы.

Экипировка

Когда речь заходит об экипировке космонавтов, большинство представляют себе скафандр. И действительно, на заре пилотируемой космонавтики первопроходцы Вселенной были одеты в скафандры от старта до посадки. Но с началом длительных полетов скафандры стали использоваться только во время динамических операций — выведения на орбиту, стыковки, расстыковки, посадки. Все остальное время участники космических экспедиций носят привычную для них одежду.

Белье шьется по стандартным меркам, а комбинезоны — индивидуально. Опытные космонавты заказывают комбинезон со штрипками — в условиях невесомости одежда задирается. По той же причине космонавты на МКС носят довольно длинные футболки и рубашки. Не годятся для космонавтов и куртки-брюки: спина оголяется, и поясницу продувает. Ткани используют преимущественно натуральные, чаще всего стопроцентный хлопок.

Рабочие комбинезоны космонавтов снабжены множеством карманов, каждый из которых имеет свое, выверенное с точностью до миллиметра место и свою историю:

• нагрудные косые встречные карманы появились, когда психологи заметили, что у космонавтов в длительных полетах вырабатывается устойчивое движение прятать мелкие вещи за пазуху или даже за щеку, чтобы не разлетались;
• широкие накладные карманы на нижней части голени подсказал Владимир Джанибеков. Оказывается, в невесомости для человека самое удобное положение тела — поза эмбриона. А те карманы, которыми люди привыкают пользоваться на Земле, — в невесомости совершенно бесполезны.

В качестве фурнитуры для одежды используются кнопки, молнии и липучки. А вот пуговицы неприемлемы — они могут оторваться в невесомости и летать по кораблю, создавая проблемы.

Готовые изделия проверяет специальная служба обеспечения качества (одежду с неровным швом, например, отправляют на переделку). Затем швеи тщательно отрезают все ниточки, пылесосят одежду, чтобы лишняя пыль не забивалась в фильтры на станции, и заваривают изделие в герметичную упаковку.

После этого с помощью рентгена проверяется, не осталось ли в упаковке постороннего предмета (однажды там обнаружили забытую булавку). Затем содержимое пакета стерилизуют.

Что касается обуви, то на борту космонавты ее практически не носят, надевая кроссовки в основном лишь для занятий спортом. Делаются они обязательно из натуральной кожи. Очень важна жесткая подошва и крепкий супинатор, ведь в космосе стопе нужна поддержка. На весь полет, даже длительный, хватает одной пары обуви.

Космонавты носят в основном толстые, махровые носки. Учитывая многочисленные пожелания космонавтов, космические кутюрье сделали в области подъема стопы специальный двойной вкладыш. В условиях невесомости, когда в процессе работы не на что опереться, космонавты цепляются подъемом стопы за различные выступы, из-за чего верх стопы быстро травмируется. Вкладыши обеспечивают защиту ног во время работы.

Жители станции вообще спят?

С таким плотным графиком работы с научными данными, проведением многочисленных экспериментов, слежением за правильной работой всех систем станции, физическими упражнениями и многим другим может показаться, что эти люди вообще никогда не спят. Однако это не так. Жителям станции разрешается спать даже в момент, когда они по ней «плавают». Тем не менее каждому члену экипажа, как и обычному человеку, требуется некоторое личное пространство, поэтому чаще всего люди спят в небольших «каморках» в вертикально расположенных спальных мешках, которые удерживают их в момент отдыха. Время сна может составлять до восьми с половиной часов в сутки, однако большинство жителей станции полностью высыпаются чуть более чем за шесть часов. Дело в том, что в условиях микрогравитации ваше тело не так устает, как при обычной гравитации.

У первого малазийского астронавта на борту МКС возникли проблемы с молитвой

Первый малазийский астронавт.

Первым малазийским астронавтом стал Шейх Музафар Шукор. 10 октября 2007 года он отправился в девятидневный полет на МКС. Однако перед его полетом он и его страна столкнулись с необычной проблемой. Шукор – мусульманин. Это значит, что ему необходимо молиться 5 раз в день, как того требует Ислам. Кроме того, вышло так, что полет проходил во время месяца Рамадан, когда мусульмане должны поститься.

Помните, мы говорили о том, что на МКС астронавты встречают восход и закат каждые 90 минут? Это оказалось большой проблемой для Шокура, поскольку ему в этом случае было бы сложно определить время молитвы – в Исламе оно определяется расположением Солнца в небе. Кроме того, при молитве мусульмане должны повернуться в сторону Каабы в Мекке. На МКС направление к Каабе и Мекке будет меняться каждую секунду. Таким образом во время молитвы Шукор мог находиться сначала в направлении Каабы, а затем параллельно ей.

Малазийское космическое агентство Angkasa собрало 150 исламских священнослужителей и ученых для того, чтобы найти решение этой проблеме. В итоге собрание пришло к выводу, что Шокуру следует начинать свою молитву повернувшись в сторону Каабы, а затем игнорировать любые изменения. Если определить положение Каабы ему не удается, то он может смотреть в любую сторону, где она, по его мнению, может находиться. Если и это вызовет затруднения, то он может просто повернуться в сторону Земли и делать все то, что считает нужным.

Кроме того, ученые и священнослужители согласились с тем, что нет необходимости в том, чтобы Шокур преклонял колени во время молитвы, если это сложно сделать в невесомости на борту МКС. Так же нет необходимости проводить омовение водой. Ему разрешили просто вытереть свое тело мокрым полотенцем. Ему также позволили сократить количество молитв – с пяти до трех. Так же решили, что Шокуру не нужно поститься, поскольку в Исламе путешественники освобождены от поста.

Что такое МКС и когда люди начали на ней жить?

Международная космическая станция является обитаемым орбитальным спутником, находящимся на высоте 354 километра и совершающим полный оборот вокруг нашей планеты каждые 90 минут, в результате чего экипаж МКС каждый день становится свидетелем 16 заходов и восходов Солнца. Такой масштабный проект, как МКС, не ведется одной-единственной страной. В нем принимают участие Россия (агентство Роскосмос), США (NASA), Япония (JAXA), несколько европейских стран (ESA), а также Канада (CSA). Другими словами, МКС была построена благодаря сотрудничеству всех этих стран. Каждое из космических агентств этих стран регулярно отправляет астронавтов (или космонавтов, если говорить о России) в экспедицию на МКС, время которой может составлять до шести месяцев. Первая такая экспедиция произошла 31 октября 2000 года. Одновременно на станции могут жить до десяти человек. Минимальное же количество членов экипажа может составлять два-три человека.

Похожие записи:

Влияние знака зодиака и цвета имени на жизнь человека Брат которого нет День рождения 27 декабря: какой знак зодиака, характер детей и взрослых, имена К чему снится армия Камни, обереги и талисманы знака зодиака лев: что выбрать представителю огненной стихии Как и почему происходит метеоритный дождь?