Система экологического контроля и жизнеобеспечения Международной космической станции (МКС) ( ECLSS ) — это система жизнеобеспечения , которая обеспечивает или контролирует атмосферное давление , обнаружение и тушение пожара, уровень кислорода, надлежащую вентиляцию, управление отходами и водоснабжение. Она была совместно разработана и испытана Центром космических полетов имени Маршалла НАСА , UTC Aerospace Systems , Boeing , Lockheed Martin и Honeywell, Inc. [ 1]
Система имеет три основные функции: восстановление воды , оживление воздуха и генерация кислорода , цель которых — обеспечить безопасную и комфортную среду для персонала на борту МКС . Система также служит потенциальным доказательством концепции для более продвинутых систем, построенных на основе ECLSS для использования в дальних космических миссиях. [1]
На МКС есть две системы восстановления воды. Звезда содержит систему восстановления воды, которая обрабатывает водяной пар из атмосферы, который может быть использован для питья в чрезвычайной ситуации, но обычно подается в систему Электрон для производства кислорода. Американский сегмент имеет систему восстановления воды, установленную во время STS - 126 [ 2 ] , которая может перерабатывать водяной пар, собранный из атмосферы, и мочу в воду, предназначенную для питья. Система восстановления воды была первоначально установлена в Destiny на временной основе в ноябре 2008 года [2] и перемещена в Tranquility (Узел 3) в феврале 2010 года. [3]
Система восстановления воды состоит из узла обработки мочи и узла обработки воды, размещенных в двух из трех стоек ECLSS. [4]
В сборке процессора мочи используется процесс вакуумной дистилляции низкого давления, в котором для компенсации отсутствия гравитации используется центрифуга, что способствует разделению жидкостей и газов. [5] Сборка процессора мочи рассчитана на нагрузку 9 кг/день, что соответствует потребностям экипажа из 6 человек. [2] Хотя конструкция предусматривала извлечение 85% содержания воды, последующий опыт с осаждением сульфата кальция [3] (в условиях свободного падения на МКС уровень кальция в моче повышается из-за потери плотности костей) привел к пересмотренному рабочему уровню извлечения 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 через узел высокотемпературного каталитического реактора. Затем вода проверяется бортовыми датчиками, и неприемлемая вода возвращается обратно через узел обработки воды. [4] [5]
Сборка удаления летучих веществ полетела на STS-89 в январе 1998 года, чтобы продемонстрировать каталитический реактор сборки обработки воды в условиях микрогравитации. Экспериментальный полет по компрессионной дистилляции пара летал, но был разрушен на STS-107 . [5]
Дистилляционный узел узла обработки мочи вышел из строя 21 ноября 2008 года, через день после первоначальной установки. [2] Один из трех датчиков скорости центрифуги сообщал об аномальных скоростях, и наблюдался высокий ток двигателя центрифуги. Это было исправлено путем повторной установки дистилляционного узла без нескольких резиновых виброизоляторов. Дистилляционный узел снова вышел из строя 28 декабря 2008 года из-за высокого тока двигателя и был заменен 20 марта 2009 года. В конечном итоге, во время испытаний после отказа было обнаружено, что один датчик скорости центрифуги был не выровнен, а подшипник компрессора вышел из строя. [3]
В настоящее время на борту МКС используется несколько систем для поддержания атмосферы космического корабля, которая аналогична земной . [ 6] Нормальное давление воздуха на МКС составляет 101,3 кПа (14,7 фунтов на квадратный дюйм ); такое же, как на уровне моря на Земле. «В то время как члены экипажа МКС могут оставаться здоровыми даже при давлении на более низком уровне, оборудование на станции очень чувствительно к давлению. Если давление упадет слишком сильно, это может вызвать проблемы с оборудованием станции». [7]
Система «Электрон» на борту «Звезды» и аналогичная система на «Дестини» вырабатывают кислород на борту станции. [8] У экипажа есть запасной вариант в виде баллонов с кислородом и канистр с твердотопливной системой генерации кислорода (SFOG). [9] Углекислый газ удаляется из воздуха системой «Воздух» на «Звезде». Одна сборка для удаления углекислого газа (CDRA) находится в модуле US Lab, а другая — 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 концентраций загрязняющих веществ (TCCS). [9]
Углекислый газ и следовые загрязнители удаляются системой Air Revitalization System. Это стойка NASA, размещенная в Tranquility , разработанная для обеспечения узла удаления углекислого газа (CDRA), узла контроля следовых загрязнений (TCCS) для удаления опасных следовых загрязнений из атмосферы и анализатора основных компонентов (MCA) для мониторинга азота , кислорода , углекислого газа , метана , водорода и водяного пара . Система Air Revitalization System была доставлена на станцию на борту STS-128 и временно установлена в герметичном модуле японского экспериментального модуля . Систему планировалось перенести в Tranquility после ее прибытия, и она была установлена во время миссии Space Shuttle Endeavour STS-130 . [10]
Система генерации кислорода (OGS) — это стойка NASA, разработанная для электролиза воды из системы восстановления воды для получения кислорода и водорода. Кислород поступает в атмосферу кабины. Устройство установлено в модуле Destiny . Во время одного из выходов в открытый космос, проведенных астронавтами STS-117 , был установлен клапан выпуска водорода, необходимый для начала использования системы. [11] Система была доставлена в 2006 году STS-121 и начала работать 12 июля 2007 года. [12] С 2001 года американский орбитальный сегмент использовал кислород в герметичном резервуаре для хранения на модуле шлюза Quest или из российского сервисного модуля. До активации системы Sabatier в октябре 2010 года водород и углекислый газ, извлеченные из кабины, сбрасывались за борт. [5]
В 2011 году американское новостное агентство CBS news и новостной журнал spaceflightnow сообщили: «OGA в течение последних шести месяцев работал не очень хорошо, потому что вода, которая в него подается, немного слишком кислая», — сказал руководитель полета станции Крис Эделен. «В течение последних нескольких месяцев экипаж станции использовал кислород, доставленный на борту прибывающего космического корабля снабжения «Прогресс», европейского грузового корабля и российского генератора кислорода «Электрон», ожидая поставки ремонтного оборудования для OGA. OGA, как и «Электрон», использует электричество для расщепления молекул воды на водород и кислород». [13]
Система Advanced Closed Loop System (ACLS) — это стойка ESA , которая преобразует углекислый газ и воду в кислород и метан. Углекислый газ удаляется из воздуха станции с помощью аминового скруббера, затем удаляется из скруббера паром и преобразуется в метан и воду с помощью реакции Сабатье с использованием водорода, электролитически полученного из воды. Метан выпускается, вода перерабатывается путем электролиза, производя водород и кислород. Это сильно отличается от кислородной стойки NASA, которая зависит от постоянного снабжения водой с Земли для получения кислорода. Эта возможность экономии воды снизит необходимость запускать дополнительно 400 литров воды для пополнения грузов в год. 50% перерабатываемого ею углекислого газа можно преобразовать в кислород, и она сама по себе может регенерировать достаточно кислорода для 3 астронавтов. [14] Остальные 50% углекислого газа сбрасываются с МКС вместе с вырабатываемым метаном. [14] ACLS имеет три подсистемы:
ACLS — это демонстратор технологий (планируется, что он будет работать от 1 до 2 лет), но в случае успеха он останется на борту МКС навсегда. Он был доставлен на запуске Kounotori 7 в сентябре 2018 года и установлен в модуле Destiny . Через год после доставки большая его часть работала, и ожидалось, что новые детали сделают все три подсистемы полностью функциональными в 2020 году. [15] [ требуется обновление ]
Система NASA Sabatier, использовавшаяся с 2010 по 2017 год, замкнула кислородный контур в ECLSS, объединив 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 для уменьшения общего количества воды, которое необходимо доставить на станцию с Земли, а метан выбрасывается за борт с помощью теперь уже общей линии выпуска водорода, установленной для системы генерации кислорода. [16]
Электрон — российский электролитический генератор кислорода, который также использовался на станции «Мир» . Он использует электролиз для производства кислорода. Этот процесс расщепляет молекулы воды, полученные из других применений на борту станции, на кислород и водород с помощью электролиза. Кислород выбрасывается в кабину, а водород выбрасывается в космос. Три российских генератора кислорода «Электрон» на борту Международной космической станции столкнулись с проблемами, из-за которых экипажу часто приходилось использовать резервные источники (либо баллонный кислород, либо систему Vika, описанную ниже). Для поддержки экипажа из шести человек НАСА добавило систему генерации кислорода, описанную выше.
В 2004 году блок «Электрон» отключился по (первоначально) неизвестным причинам. Две недели устранения неполадок привели к тому, что блок снова запустился, а затем немедленно отключился. В конечном итоге причина была отслежена до пузырьков газа в блоке, который оставался нефункциональным до миссии пополнения запасов «Прогресс» в октябре 2004 года. [17] В 2005 году персонал МКС подключился к системе подачи кислорода недавно прибывшего космического корабля пополнения запасов «Прогресс», когда блок «Электрон» отказал. [18] В 2006 году пары от неисправного блока «Электрон» побудили бортинженеров НАСА объявить «чрезвычайную ситуацию на космическом корабле». Запах гари заставил экипаж МКС заподозрить еще один пожар «Электрона», но блок был всего лишь «очень горячим». Утечка едкого, не имеющего запаха гидроксида калия заставила экипаж МКС надеть перчатки и маски. Было высказано предположение, что запах исходил от перегретых резиновых уплотнений. Инцидент произошел вскоре после вылета STS-115 и как раз перед прибытием миссии по снабжению (включая космического туриста Ануше Ансари ). [19] Elektron не возвращался в строй до ноября 2006 года, после того как в октябре 2006 года на судне пополнения запасов Progress прибыли новые клапаны и кабели. [20] ERPTC (терминальный ток восстановления электроэнергии) был вставлен в МКС, чтобы предотвратить повреждение систем. В октябре 2020 года система Elektron вышла из строя, и ее пришлось отключить на короткое время перед ремонтом. [21]
Генератор кислорода Vika или TGK, также известный как твердотопливный генератор кислорода (SFOG) при использовании на МКС, представляет собой химический генератор кислорода, первоначально разработанный Роскосмосом для станции «Мир» , и он обеспечивает альтернативную систему генерации кислорода. [22] Он использует канистры с твердым перхлоратом лития , который при нагревании разлагается на газообразный кислород и твердый хлорид лития. [22] Каждый канистра может обеспечить потребность в кислороде одного члена экипажа в течение одного дня. [23]
Другая российская система, « Воздух », удаляет углекислый газ из воздуха на основе использования регенерируемых поглотителей углекислого газа. [24]
Система контроля температуры и влажности (THC) — это подсистема системы ECLSS МКС, которая занимается поддержанием постоянной температуры воздуха и контролем влажности в системе подачи воздуха на станцию. Система контроля температуры (TCS) является составной частью системы THC и подразделяется на активную систему контроля температуры (ATCS) и пассивную систему контроля температуры (PTCS). Контроль влажности возможен путем понижения или повышения температуры и путем добавления влаги в воздух. [ необходима цитата ]
Система обнаружения и тушения пожаров (FDS) — это подсистема, предназначенная для обнаружения возникновения пожара и принятия мер по его тушению.
