Когда каждая капля на вес золота

На МКС космонавты могут провести в космосе несколько месяцев, и всё это время им нужна вода для питья, приготовления пищи или гигиены, но как же обеспечить их водой, когда ее не хватает? Ответ прост — использовать системы регенерации воды, которые превращают отходы в жизненно важный ресурс.

Вы, наверное, привыкли к тому, что просто открываете кран на кухне, и водичка сама течёт, в крайнем случае можно набрать бутылку из кулера на работе или купить в магазине. А вот космонавтам на Международной космической станции не так повезло: каждая капля тут буквально на вес золота!

И знаете что? Они научились добывать воду из самых разных источников.

Откуда вода?

Интриги тут особой нет, воду на МКС делают из урины, и пока вы корчите гримасу, космонавты уже давно привыкли к этой правде жизни. Что поделать, космос — это не пятизвёздочный отель, а выживание.

Сейчас на борту МКС наши космонавты тестируют сразу две системы, которые превращают отходы жизнедеятельности в бесценную жидкость. Расположены они в двух разных модулях: первая, СРВ-У-РС, в малом исследовательском, а вторая, СРВ-УМ, в многоцелевом лабораторном модуле «Наука». И, поверьте, это куда больше, чем какие-то там фильтры из «Икеи».

И хотя обе системы используют центробежный многоступенчатый вакуумный дистиллятор (ЦМВД), на этом их сходства заканчиваются. СРВ-У-РС заметно круче: она легче, компактнее и работает эффективнее.

В целях сокращения объема воды, доставляемой с Земли, разрабатываются и испытываются системы регенерации на борту станции. Одним из способов получения воды является её регенерация из урины... Технологии регенерации воды из урины смогут удовлетворить до 30% потребности человека в воде.

А 30% — это около 1,3 литра на человека в сутки. Не так уж и плохо для космоса, правда?

Вообще, в сутки на МКС выделяется 2,2 л воды для питья и приготовление пищи, 200 мл на гигиену и 300 мл на смыв туалета: в общем 2,7 литра. Американцы для своих астронавтов выделяют побольше — 3,6 литра.

Только вот эта вода — техническая, а то кто-то уже мог подумать, что космонавты буквально пьют воду, которую переработали из собственной урины и твёрдых отходов, но всё не так экстремально.

Условно говоря, космонавты этим дышат, а не пьют — воду из отходов используют для работы катализаторов и системы выработки кислорода.

А для питья и приготовления пищи они используют чистую родниковую воду, которую доставляют с Земли на «Прогрессе» или из системы СРВ-К2М, которая собирает влагу из атмосферы станции.

Это та самая влага, что появляется от дыхания и пота космонавтов. Идея в том, чтобы конденсировать влагу на холодных панелях теплообменников-осушителей, но и тут не всё так просто: в этой влаге куча всякой гадости. Не только потому, что это образовано из результатов жизнедеятельности, но ещё и из-за того, что вокруг летают всякие химические примеси от оборудования.

Сначала получается дистиллированная вода, которую в таком виде принимать внутрь не стоит (это даже опасно). Так что, сперва эту воду гоняют через кучу фильтров, добавляют соли и даже ионы серебра (для увеличения срока хранения — да, вода тоже может портиться).

На выходе получается вода, которую уже можно пить и готовить из неё пищу (сублиматы заваривать, например).

От «Скайлэба» до «Мира»

Если вы думаете, что космонавты всегда имели такие продвинутые технологии, то придётся вас разочаровать. Давайте вернёмся в прошлое, чтобы понять, как всё началось.

Вспомним легендарную американскую станцию «Скайлэб»: В 1970-х годах там вообще не было системы регенерации воды, вот и приходилось космонавтам брать с собой все запасы с Земли. Система была проста: пей, сколько можно, остальное — выбрасывай.

Можно представить, насколько это неудобно и затратно. Вода была ограничена, и расход её строго контролировался. Если на МКС сейчас речь идёт о регенерации до 93% воды, то на «Скайлэбе» мечтали хотя бы о возможности не выбрасывать отходы за борт.

Позже, на советской станции «Мир», ситуация улучшилась: впервые в мировой практике там реализовали целый комплекс систем жизнеобеспечения.

На станции работали системы регенерации воды из конденсата атмосферной влаги (СРВ-К) и урины (СРВ-У), система регенерации санитарно-гигиенической воды (СРВ-СГ), система электролизного получения кислорода «Электрон-В» и система очистки атмосферы от вредных примесей БМП.

И всё это — разработка НИИхиммаша и его Щёлковского опытного завода.

За весь период эксплуатации станции «Мир» удалось сэкономить 34 000 кг груза, который не пришлось доставлять с Земли, а это почти четыре запуска грузовых кораблей «Прогресс» в год!

Эта самая СРВ-У, которая впервые в мировой практике заработала на модуле «Квант» «Мира» за 9,5 лет эксплуатации «наварила» 6000 литров регенерированной воды, которая шла и на производство кислорода через электролиз.

Работала она на основе атмосферной мембранной дистилляции. Ну, это был хороший метод для своего времени, но у него «детские болезни» — высокая энергоёмкость и ограниченный ресурс мембран, которые забивались и нуждались в частой замене.

Вот почему, когда дело дошло до МКС, инженеры решили усовершенствовать систему. Так и родилась идея, которая основана на применении центробежного многоступенчатого вакуумного дистиллятора. Эта новинка оказалась в 10 раз менее энергоёмкой и в два раза более производительной по сравнению с тем, что было на «Мире».

Межпланетные планы

Зачем вообще так заморачиваться с воспроизводством воды? Хороший вопрос. Может, проще возить воду с Земли? Вообще-то, нет: доставка воды — это дорого, муторно и не всегда возможно. А если задуматься про межпланетные миссии, то тут вообще ситуация критичная. Представьте себе: летите вы на Марс, и вдруг вода заканчивается, не очень как-то.

Нужно замутить установку, которая бы из чего угодно делала питьевую воду, и желательно, чтобы эта вода не только была чистой, но и полезной. А это не так уж и легко, как может показаться.

Для межпланетных и лунных экспедиций необходимо, конечно, модернизировать эти системы и, прежде всего, создать установки замкнутого цикла для полной регенерации воды из продуктов жизнедеятельности экипажа и из атмосферы космической станции.

Вот почему космические агентства всего мира сейчас активно инвестируют в технологии замкнутого цикла, при использовании которых когда вода не теряется, а постоянно перерабатывается и используется вновь и вновь.

И не только вода, кстати. По такому же принципу хотят сделать системы для регенерации воздуха, чтобы в космосе было не только что пить, но и чем дышать.

Перспективы

Ну а что дальше? Конечно, тестирование и еще раз тестирование. Системы регенерации воды — одни из самых сложных штуковин на борту МКС, а от идеи до реально работающего прототипа может пройти уйма времени.

Не стоит забывать и о том, что космические технологии всегда использовали сначала для полётов, а потом и на Земле. Может, через пару десятков лет и мы будем выбирать в магазине, какую воду пить — из урины или из пота. Шутка, конечно. Хотя...

Например, в местах с дефицитом воды или в условиях, где нет доступа к чистой воде, такие системы могут стать настоящим спасением. Взять хотя бы очистку воды в пустынях или отдалённых регионах. Уже сейчас есть проекты, в которых хотят использовать космические технологии для создания замкнутых систем водоснабжения на Земле.

Сейчас даже многие города думают, как бы адаптировать такие системы для своих нужд. А что, если однажды мы всё начнем использовать воду, которую получили таким вот образом? Ни одна капля воды больше не пропадёт зря. Вполне себе экологичное будущее, не так ли?

Но пока до такого далеко, даже на МКС где в общем из всех источников регенерируется до 93% воды, отказаться от поставок с Земли не удаётся. Всё потому, что с каждым циклом регенерации её общий объём уменьшается на 7%. Да и вообще, вода в космосе тесно связана с созданием кислорода.

Кстати, одна из самых перспективных разработок — получение воды из углекислого газа (который мы выдыхаем). Обычно этот продукт жизнедеятельности космонавтов просто уходит в никуда, но французский химик Поль Сабатье открыл крутую реакцию: оказывается, если смешать водород и углекислый газ, можно получить воду и метан.

На МКС водород, который выделяется при производстве кислорода, сейчас просто выбрасывают в космос, а ведь его можно было бы использовать для получения воды. Если учёные доведут эту идею до ума, это будет почти на 100% замкнутая система.

Есть ещё и реакция Боша, но она требует таких высоких температур, так что пока у Сабатье больше перспектив, но о кислороде в космосе мы расскажем как-нибудь в другой раз.

В общем, пока мы тут переживаем из-за отключения горячей воды, космонавты учат нас, как быть самостоятельными и экономными. Кто знает, возможно, в будущем мы все будем жить как в космосе — в заботе о каждой капле.

И нужно помнить, что космос — это не только звёзды и планеты, но и новые технологии и возможность посмотреть на мир с другого угла.

Или, точнее, с высоты 400 километров над Землёй.