Система экологического контроля и жизнеобеспечения Международной космической станции ( ECLSS ) — это система жизнеобеспечения , которая обеспечивает или контролирует атмосферное давление , обнаружение и тушение пожара, уровень кислорода, утилизацию отходов и водоснабжение. Наивысшим приоритетом для ECLSS является атмосфера МКС, но система также собирает, обрабатывает и хранит как отходы, так и воду, производимые и используемые экипажем — процесс, который перерабатывает жидкость из раковины, душа, туалета и конденсат из воздуха. .
Система «Электрон» на борту «Звезды» и аналогичная система в Destiny генерируют кислород на борту станции. [1] У экипажа есть резервный вариант в виде баллонов с кислородом и канистр для генерации твердого топлива (SFOG). [2] Углекислый газ удаляется из воздуха с помощью системы «Воздух» на «Звезде», одной установки удаления углекислого газа (CDRA), расположенной в модуле «Лаборатория США», и одной CDRA в модуле «US Node 3». Другие побочные продукты человеческого метаболизма, такие как метан от метеоризма и аммиак от пота, удаляются фильтрами с активированным углем или системой контроля следовых загрязнений (TCCS). [2]
На МКС имеются две системы рекуперации воды. «Звезда» содержит систему рекуперации воды , которая перерабатывает водяной пар из атмосферы, который можно использовать для питья в случае чрезвычайной ситуации, но обычно он подается в систему «Электрон» для производства кислорода . В американском сегменте во время STS-126 установлена система рекуперации воды [3] , которая может перерабатывать водяной пар, собранный из атмосферы и мочи, в воду, предназначенную для питья. Система восстановления воды была первоначально установлена в Destiny на временной основе в ноябре 2008 года [3] и перенесена в «Спокойствие» (узел 3) в феврале 2010 года. [4]
Система восстановления воды состоит из узла обработки мочи и узла обработки воды, размещенных в двух из трех стоек ECLSS. [5]
В сборке процессора мочи используется процесс вакуумной дистилляции под низким давлением, в котором используется центрифуга, чтобы компенсировать отсутствие гравитации и, таким образом, способствовать разделению жидкостей и газов. [6] Узел процессора мочи рассчитан на нагрузку 9 кг/день, что соответствует потребностям бригады из 6 человек. [3] Хотя конструкция предусматривала восстановление 85% содержания воды, последующий опыт с осаждением сульфата кальция [4] (в условиях свободного падения, присутствующих на МКС, уровень кальция в моче повышен из-за потери плотности костей) привело к пересмотренному эксплуатационному уровню восстановления 70% содержания воды.
Вода из узла обработки мочи и из источников сточных вод объединяется для подачи в узел обработки воды, который отфильтровывает газы и твердые материалы перед прохождением через фильтрующие слои, а затем в узел высокотемпературного каталитического реактора. Затем вода проверяется бортовыми датчиками, и неприемлемая вода возвращается обратно через узел водоочистителя. [5] [6]
Сборка удаления летучих веществ полетела на STS-89 в январе 1998 года, чтобы продемонстрировать каталитический реактор сборки водоочистителя в условиях микрогравитации. Летный эксперимент с компрессионной дистилляцией пара совершил полет, но был уничтожен на STS-107 . [6]
Узел дистилляции узла обработки мочи вышел из строя 21 ноября 2008 г., через день после первоначальной установки. [3] Один из трех датчиков скорости центрифуги сообщал об аномальных скоростях, и наблюдался высокий ток двигателя центрифуги. Это было исправлено переустановкой перегонной установки без нескольких резиновых виброизоляторов. Дистилляционная установка снова вышла из строя 28 декабря 2008 г. из-за высокого тока двигателя и была заменена 20 марта 2009 г. В конечном итоге в ходе послеаварийных испытаний было обнаружено, что один датчик скорости центрифуги не выровнен, а подшипник компрессора вышел из строя. [4]
В настоящее время на борту МКС используется несколько систем для поддержания атмосферы корабля, аналогичной земной . [7] Нормальное давление воздуха на МКС составляет 101,3 кПа (14,7 фунтов на квадратный дюйм ); так же, как и на уровне моря на Земле. «Хотя члены экипажа МКС могли бы оставаться здоровыми даже при более низком уровне давления, оборудование на станции очень чувствительно к давлению. Если давление упадет слишком сильно, это может вызвать проблемы с оборудованием станции». [8]
Углекислый газ и следы загрязнений удаляются с помощью системы оживления воздуха. Это стойка НАСА, расположенная в «Спокойствии» , предназначенная для размещения узла удаления углекислого газа (CDRA), узла контроля следовых примесей (TCCS) для удаления опасных следов загрязнения из атмосферы и анализатора основных компонентов (MCA) для мониторинга азота . кислород , углекислый газ , метан , водород и водяной пар . Система оживления воздуха была доставлена на станцию на борту STS-128 и временно установлена в герметичном модуле японского экспериментального модуля . Систему планировалось перенести на «Спокойствие» после ее прибытия и установки во время миссии космического корабля «Индевор» STS-130 . [9]
Система генерации кислорода (OGS) — это стойка НАСА, предназначенная для электролиза воды из системы рекуперации воды для производства кислорода и водорода. Кислород подается в атмосферу кабины. Модуль устанавливается в модуль Destiny . Во время одного из выходов в открытый космос астронавтов STS-117 был установлен клапан стравливания водорода, необходимый для начала использования системы. [10] Система была доставлена в 2006 году кораблем STS-121 и вступила в эксплуатацию 12 июля 2007 года. [11] С 2001 года на орбитальном сегменте США использовался кислород в герметичном резервуаре для хранения на шлюзовом модуле Quest или из российского сервисный модуль. До активации системы Сабатье в октябре 2010 года водород и углекислый газ, извлеченные из кабины, выбрасывались за борт. [6]
В 2011 году американское новостное издание CBS News и новостной журнал Spaceflightnow сообщили, что «OGA в течение последних шести месяцев работал плохо, потому что подаваемая в него вода была слишком кислой», - сказал руководитель полета станции Крис Эделен. «Последние несколько месяцев экипаж станции использует кислород, доставленный на борт корабля снабжения «Прогресс», европейского грузового корабля и российского кислородного генератора «Электрон» в ожидании доставки ремонтного оборудования ОГА. ОГА, как и «Электрон», использует электричество. расщеплять молекулы воды на водород и кислород» [12] .
Усовершенствованная система с замкнутым контуром (ACLS) представляет собой стойку ESA , которая преобразует углекислый газ и воду в кислород и метан. Диоксид углерода удаляется из воздуха станции с помощью аминного скруббера, затем удаляется из скруббера паром и преобразуется в метан и воду по реакции Сабатье с использованием водорода, полученного электролитическим путем из воды. Метан выбрасывается, вода рециркулируется посредством электролиза с получением водорода и кислорода. Это сильно отличается от кислородной установки НАСА, которая для выработки кислорода использует постоянную подачу воды с Земли. Эта возможность экономии воды уменьшит необходимость запускать дополнительные 400 литров воды для пополнения запасов грузов в год. 50% перерабатываемого им углекислого газа можно преобразовать в кислород, и сам по себе он может регенерировать достаточно кислорода для 3 астронавтов. [13] Остальные 50% углекислого газа выбрасываются с МКС вместе с образующимся метаном. [13] ACLS имеет три подсистемы:
ACLS является демонстратором технологий (планируется проработать от 1 до 2 лет), но в случае успеха он останется на борту МКС навсегда. Он был доставлен при запуске Kounotori 7 в сентябре 2018 года и установлен в модуле Destiny . Через год после поставки большая часть системы работала, и ожидалось, что новые детали обеспечат полную работоспособность всех трех подсистем в 2020 году. [14] [ требуется обновление ]
Система Сабатье НАСА с 2010 года замыкает кислородный контур в ECLSS, объединяя отработанный водород из системы генерации кислорода и углекислый газ из атмосферы станции, используя реакцию Сабатье для повторного использования кислорода. Выходами этой реакции являются вода и метан. Вода перерабатывается, чтобы уменьшить общее количество воды, которую необходимо доставить на станцию с Земли, а метан выбрасывается за борт через теперь общую линию выпуска водорода, установленную для системы генерации кислорода. [15]
«Электрон» — российский электролитический генератор кислорода, который также использовался на «Мире» . Он использует электролиз для производства кислорода. Этот процесс расщепляет молекулы воды, извлеченной из других источников на борту станции, на кислород и водород посредством электролиза. Кислород выбрасывается в кабину, а водород – в космос. Три кислородных генератора «Российский «Электрон» на борту Международной космической станции столкнулись с проблемами, часто вынуждающими экипаж использовать резервные источники (либо баллонный кислород, либо систему «Вика», о которой говорится ниже). Для поддержки экипажа из шести человек НАСА добавило систему генерации кислорода, о которой говорилось выше.
В 2004 году установка «Электрон» остановилась по (первоначально) неизвестным причинам. Две недели устранения неполадок привели к тому, что установка снова запустилась, а затем сразу же отключилась. В конечном итоге причина была обнаружена в пузырьках газа в блоке, который оставался нефункциональным до миссии по пополнению запасов «Прогресс» в октябре 2004 года. [16] В 2005 году персонал МКС подключился к запасу кислорода недавно прибывшего космического корабля «Прогресс», когда блок «Электрон» неуспешный. [17] В 2006 году дым от неисправного блока «Электрон» побудил бортинженеров НАСА объявить «чрезвычайную ситуацию на космическом корабле». Запах гари заставил экипаж МКС заподозрить еще один возгорание «Электрона», но аппарат был всего лишь «очень горячим». Утечка едкого гидроксида калия без запаха заставила экипаж МКС надеть перчатки и маски. Было высказано предположение, что запах исходил от перегретых резиновых уплотнителей. Инцидент произошел вскоре после отлета STS-115 и незадолго до прибытия миссии по снабжению (включая космическую туристку Ануше Ансари ). [18] «Электрон» не вернулся в строй до ноября 2006 года, после того как в октябре 2006 года на судно снабжения «Прогресс» прибыли новые клапаны и кабели. [19] ERPTC (Ток терминала обработки электрического восстановления) был установлен на МКС, чтобы предотвратить повреждение систем. В октябре 2020 года система «Электрон» вышла из строя, и перед ремонтом ее пришлось ненадолго деактивировать. [20]
Генератор кислорода «Вика» или ТГК, также известный как «Твердотопливная генерация кислорода» (SFOG) при использовании на МКС, представляет собой химический генератор кислорода, первоначально разработанный Роскосмосом для «Мира» , и представляет собой альтернативную систему генерации кислорода. [21] Здесь используются канистры с твердым перхлоратом лития , которые сжигаются с образованием газообразного кислорода. [21] Каждая канистра может обеспечить потребность в кислороде одного члена экипажа на один день. [22]
Другая российская система «Воздух» (по-русски «Воздух », что означает «воздух») удаляет углекислый газ из воздуха на основе использования регенерируемых поглотителей углекислого газа. [23]
Контроль температуры и влажности (THC) - это подсистема ECLSS МКС, занимающаяся поддержанием постоянной температуры воздуха и контролем влажности в подаваемом на станцию воздухе. Система термоконтроля (TCS) является составной частью системы THC и подразделяется на систему активного термоконтроля (ATCS) и пассивную систему термоконтроля (PTCS). Контролировать влажность можно путем понижения или повышения температуры, а также путем увлажнения воздуха. [ нужна цитата ]
Обнаружение и подавление пожара (FDS) — это подсистема, предназначенная для выявления возгорания и принятия мер по его борьбе.
