Як працюють системи життєзабезпечення космічних апаратів

Фото: Press Insider, Polaris

Відправка людей у космос — неймовірно важкий процес. І йдеться зовсім не про дорожнечу ракет-носіїв, витрати палива або виробництво надскладного навігаційного обладнання та систем зв’язку. Звісно, найважливіше — налагодити підтримку органічного життя там, де воно не може існувати від природи: у згубному вакуумі космічного простору.

Для вирішення цього завдання орбітальні станції і космічні кораблі оснащуються сучасними системами життєзабезпечення замкнутого циклу, які створюють максимально наближене до земного середовище, мінімізуючи потребу в поставках ресурсів із Землі. Ці системи забезпечують астронавтів свіжим повітрям, чистою питною водою, тримають сприятливу для життя температуру всередині орбітальної станції та утилізують відходи життєдіяльності. У цій статті видання MaxPolyakov.space розглянуто, як функціонують системи життєзабезпечення пілотованих космічних кораблів та орбітальних станцій, завдяки яким астронавти можуть місяцями перебувати на навколоземній орбіті.

Відтворення земного середовища: шість умов для виживання в космосі

Перед тим як заглибитися у замкнуті відсіки орбітальних станцій, визначимо декілька базисних речей, які роблять наше життя на Землі можливим. Чисте повітря, питна вода, їжа та комфортний клімат — здається, всі ці речі доволі очевидні. Тож саме вони лягли в основу критеріїв для розробки систем підтримки комфортної життєдіяльності в космосі. Сьогодні ці системи мають вирішувати шість основних типів завдань:

  1. Забезпечення повітрям, близьким за хімічним складом до земного. Для належного функціонування потрібно не тільки налагодити подачу кисню всередину космічного корабля, але й організувати процес виведення вуглекислого газу, який видихають астронавти. Кисень також не повинен бути стовідсотково чистим, оскільки це одразу створить всередині корабля небезпечне середовище, сприятливе до загорання. Отже, повітря для дихання має подаватися у правильному співвідношенні кисню, вуглекислого газу та інших домішок, наявних у земній атмосфері.
  2. Забезпечення питною та технічною водою. Вода у космосі потрібна не тільки для пиття, але й для приготування їжі, персональної гігієни астронавтів тощо. Майже вся відпрацьована вода та конденсат, який видихають астронавти, залишається в межах космічного корабля і проходить етапи очищення, які роблять можливим її повторне використання.
  3. Контроль температури та вологості всередині житлових приміщень. Коливання температури в космосі подекуди становить до сотень градусів Цельсія на добу. На освітленому Сонцем боці температура за бортом може сягати +100°C, а коли корабель чи орбітальна станція ховаються в тіні Землі — опускатися до -100°C. Це надлишкове тепло відводиться через систему радіаторів, роблячи температуру всередині прийнятною для існування. Контроль вологості повітря також відіграє важливу роль, запобігаючи створенню посушливого або занадто сирого повітря.
  4. Відведення відходів. За неналежного поводження звичайні відходи життєдіяльності людини у космосі можуть становити справжню біологічну загрозу. Саме тому тверді та рідкі відходи життєдіяльності астронавтів акумулюються у спеціальних сховищах, заморожуються та чекають відправки на Землю. Деякі з них (такі як сеча) можна очистити до стану води для повторного використання. Інші — очікують, доки їх заберуть вантажні космічні кораблі, які прилітають до орбітальної станції під час логістичних місій з постачання їжі та різноманітного обладнання.
  5. Запаси їжі. Хоча основний аспект забезпечення провіантом припадає на організацію безпілотних місій із постачання, саме системи життєдіяльності орбітальної станції відповідають за роботу холодильних камер для довготривалого зберігання харчових продуктів і залучають обладнання для їхнього підігріву.
  6. Протирадіаційний захист. Космічне випромінювання збагачене згубною для людини радіацією. І нехай системи життєзабезпечення й не вирішують проблеми протирадіаційного захисту безпосередньо, вони працюють у тандемі з іншими системами захисту космічного корабля, створюючи для екіпажу безпечне середовище.

Від старту космічної ери було зрозуміло, що тільки вирішення цієї шістки завдань може гарантувати людям відносно безпечне та довготривале перебування на орбіті. Проте, перед тим як у розпорядження нинішніх астронавтів потрапили технічно складні та просунуті автономні системи життєзабезпечення замкненого циклу, минув довгий шлях їхнього розвитку.

Одноразовий Apollo та перші системи відкритого циклу

Зараз у це складно повірити, але навіть у американському аерокосмічному агентстві не завжди переймалися системами життєзабезпечення. Коли 1955 року у Центр дослідження польотів NASA (зараз NASA Armstrong Flight Research Center) завітав той, хто невдовзі стане першим астронавтом на Місяці, Ніл Армстронг, він був вельми здивований, що правила для кадетів не передбачали бодай якогось стандарту для випробувального обладнання. Про наявність шоломів, висотних костюмів ба навіть екстрених наборів для виживання пілоти-випробувачі мали дбати самотужки.

Усвідомлюючи всю критичність ситуації, перед початком іспитів випробувального літака Х-15 Армстронг наполіг на створенні у складі тестувальної окремої групи життєзабезпечення. Так у NASA Armstrong Flight Research Center з’явився перший дослідницький відділ за програмою Life Support. Невеличка жменька його співробітників переймалися підготовкою до безпечного польоту, перевіряли висотні костюми, здійснювали заправку кисню в балони тощо. У подальші десятиріччя, коли астронавти вже поверталися з космосу на перших космічних шатлах, саме співробітники цієї групи супроводжували їх до бази, контролюючи стан здоров’я. Проте самих людей було замало, космічні апарати потребували повноцінних систем життєзабезпечення.

Пілоти NASA біля літака X-15
Пілоти NASA Мілтон О. Томпсон, Вільям Х. “Білл” Дана та Джон Б. “Джек” Маккей на тлі літака X-15.
Джерело: www.nasa.gov

Спочатку проєктувалися системи життєзабезпечення космічного корабля відкритого циклу, тобто вони були одноразовими. Запас основних ресурсів для підтримки життєдіяльності людини (повітря, вода, їжа) був вичерпним та обмежувався терміном здійснення космічної місії. Передусім це обумовила тривалість перших польотів людей на орбіті: подорож впродовж декількох годин або днів просто не вимагала переробки повітря чи води у системах замкнутого циклу.

На перших пілотованих космічних кораблях, американському Mercury та радянському “Восток”, кисень для дихання зберігався під тиском у спеціальних металевих балонах, а вуглекислий газ, який видихала людина, абсорбувався хімічними речовинами у картриджах чи фільтрах на основі гідроксиду літію (LiOH). Речовина в картриджах вступала в хімічну реакцію з вуглекислим газом та поглинала його, очищаючи повітря до безпечного стану. Подібні поглинальні картриджі були змінними — за досягнення ліміту терміну придатності екіпаж космічного корабля мав їх заміняти у ручному режимі.

Дуже примітивно була реалізована система утворення комфортної температури. Частина тепла, виробленого електричним обладнанням космічного корабля, відводилася для підтримки сталої температури всередині. Оскільки перші космічні кораблі були доволі невеликими, запас їжі там був жорстко лімітований. Переважно їжа зберігалася у вигляді готових, упакованих у тюбики порцій. Про відведення відходів життєдіяльності годі було й мріяти — перші астронавти складали їх у спеціальні герметичні контейнери протягом усього польоту.

Перша повноцінна комплексна система життєзабезпечення відкритого циклу з’явилася на космічному кораблі Mercury. Система контролю навколишнього середовища (ECS) відповідала за подачу кисню у населене приміщення, видалення CO2 за допомогою гідроксиду літію й контролювала тиск і температуру. Серед додаткових функцій системи — виявлення задимлення всередині космічного корабля, напівавтоматичне пожежогасіння та охолодження авіоніки.

У подальшому вже доопрацьовану ECS встановили на космічному кораблі Gemini, де вона спромоглася підтримувати життєдіяльність екіпажу з двох осіб два тижні поспіль. Саме на Gemini 4 одяглися й у перші скафандри для позакорабельної активності (EVA). За рік до того схожі індивідуальні костюми для життєзабезпечення випробували під час запуску радянського космічного корабля “Восход-2”.

Перший вихід американця у відкритий космос
Перший вихід американця у відкритий космос: астронавт Едвард Х. Вайт ІІ покидає внутрішній відсік космічного корабля Gemini 4 у EVA-скафандрі.
Джерело: airandspace.si.edu

Однак справжнім випробуванням для систем життєзабезпечення стала місячна мандрівка Apollo 11. Уперше в історії космічний корабель відлетів значно далі за межі низької навколоземної орбіти (LEO), де подібне обладнання використовувалося раніше. Це означало, що астронавти всередині космічного корабля мали повністю ввірити системам життєзабезпечення свої долі — на відправку екстреної допомоги з Землі марно було розраховувати.

Системи життєзабезпечення командного модуля (CM) та місячного модуля (LM) були представлені кількома подібними один на одного блоками. Кріогенні баки призначалися для зберігання рідких кисню та водню для дихання, генерації води й електроенергії (її в Apollo виробляв спеціальний електрогенератор, що працював на хімічному паливі космічного корабля). Система видалення CO2 не зазнала суттєвих змін з моменту свого впровадження на Mercury та Gemini — як і раніше, це були змінні картриджі з гідроксиду літію у якості сорбенту. Щоправда, системи контролю температури й вологості стали технологічно більш складними порівняно з попередніми версіями і тепер використовували розгалужені конструкції з радіаторів і субліматорів. Майже незмінною залишилася утилізація відходів: усі відходи життєдіяльності астронавти зберігали у герметично закритих пакетах аж до повернення на Землю.

Утім, подорожі на Місяць у межах програми Apollo не тривали понад два тижні, відтак конструктори цих космічних кораблів могли відмовитися від замкнутих систем життєзабезпечення, що відтворювали б повітря та воду всередині космічного корабля. Їхній час настав тільки в 1970-1980-ті роки, коли на орбіту вивели перші населені орбітальні станції.

Кроки до появи систем замкнутого циклу: “Салют”, Skylab і “Мир”

1971 року СРСР спромігся запустити на орбіту першу пілотовану орбітальну станцію — “Салют”. Загалом за 15 років функціонування космічної програми орбіти успішно дісталися шість платформ подібного типу. І якщо перші з них за системами життєзабезпечення мало чим відрізнялися від радянських космічних кораблів тієї епохи, заключні “Салюти” вже містили низку інноваційних підходів у організації безпечного перебування людей на борту.

На перших етапах розгортання орбітальної станції у житлові відсіки кисень все ще постачався з балонів, проте пізніші модулі (“Салют-6” і “Салют-7”) почали оснащуватися системою “Электрон”, яка виробляла кисень через реакцію електролізу води. Варто відмітити, що “Электрон” не був повноцінно замкненою системою, адже вода у неї надходила ззовні, з персональних запасів космонавтів (рідше використовувалася регенерована конденсована волога, отримана з атмосфери станції). На початку експлуатації регенерована вода годилася тільки для технічних потреб, утім, із впровадженням нових типів очисних фільтрів салютівські екіпажі вже могли її пити.

Якісний крок відбувся і в усуненні вуглекислого газу: хоча деякі відсіки станції все ще поглинали його картриджами з гідрохлориду літію, саме на “Салютах” з’явилися перші комбіновані системи картриджів на основі амінних сорбентів. Їхньою перевагою стала можливість багаторазового використання — після належної очистки в ручному режимі картриджі позбувалися накопиченого всередині вуглекислого газу й застосовувалися повторно.

Необхідні параметри мікроклімату всередині станції підтримувала система контролю температури й вологості, яка функціонувала за допомогою конденсаторів і теплообмінників. Відходи життєдіяльності екіпажу відправлялися у космос на вантажних кораблях “Прогресс”, які літали з логістичними місіями до шостого й сьомого “Салютів”, оснащених повноцінними стикувальними шлюзами.

Американці також не зволікали із виводом на орбіту своєї населеної станції. 1973 року туди дісталася Skylab — поки що єдина орбітальна станція американського виробництва (без урахування модулів МКС). Всередині станції була створена двокомпонентна атмосфера, що складалася з 72% кисню й 28% азоту, який подавався під зниженим тиском у 34,5 кПа (5 psi). Таким чином проєктувальники запобігли загрозі виникнення пожежі, адже стовідсотково чистий кисень у замкненому просторі був пожежонебезпечним.

Багато в чому Skylab скидалася на космічні кораблі серії Apollo. Орбітальна станція все ще не мала системи відновлення повітря й води (їх запаси постачалися з Землі), а вуглекислий газ, як і раніше, абсорбувався з приміщення за допомогою гідроксид-літієвих картриджів. Утім, декілька інновацій все ж було. Передусім станція мала значно покращену туалетну систему, тож відходи своєї життєдіяльності астронавтам більше не доводилося прибирати власноруч. До того ж на Skylab обладнали майже повноцінний душ. У душовій кабіні вода подавалася під тиском, а після закінчення миття всмоктувалася вакуумною системою. Звісно, це не було прямим покращенням систем життєзабезпечення, але саме на Skylab астронавти нарешті змогли відчути необхідний рівень комфорту у побуті.

Душова кабіна станції Skylab
Астронавт Джек Р. Лаусма користується душовою кабіною станції Skylab.
Джерело: cdn.mos.cms.futurecdn.net

Останньою орбітальною станцією до появи МКС стала радянська “Мир”, яка провела на орбіті 15 років і 32 дні. Модульна конструкція платформи дозволяла поступово доповнювати її функціонал, приєднуючи нові технологічні модулі до тих, що вже на орбіті. Станція мала одразу дві системи для генерації кисню: електролізер води “Электрон”, раніше протестований на “Салютах” 6 і 7, та твердопаливні генератори кисню, які виробляли його шляхом хімічної реакції.

На станції “Мир” вперше з’явилися автоматизовані системи локалізації і видалення шкідливих мікродомішок у повітрі, які могло виділяти обладнання. Система фільтрів з активованим вугіллям та іншими сорбентами відповідала за додаткове очищення атмосфери всередині апарата. Бонусом до цього була нова система вентиляції та кондиціонування, яка збирала утворений у житлових приміщеннях конденсат і постачала його в технологічно найбільш просунутий модуль станції — систему відновлення води. Отриманий конденсат і сеча членів екіпажу проходили декілька етапів очистки та перетворювалися на технічну воду, яку, зокрема, використовували для отримання кисню під час реакції електролізу на пристрої “Электрон”. Утім, питну воду далі привозили на станцію вантажними космічними кораблями “Прогресс”.

Орбітальний “Мир” максимально наблизив людей до винайдення систем життєзабезпечення замкнутого циклу. Вперше в історії космічних досліджень екіпаж майже не залежав від поставок із Землі, проте не всі основні потреби забезпечувалися виключно системами всередині їхньої орбітальної домівки. Однак саме на досвід експлуатації станції “Мир” спиралися при проєктуванні сучасної автономної космічної станції — МКС.

Диво МКС: стале виживання протягом чверті сторіччя

Коли на початку 2000-х років МКС нарешті ввели в експлуатацію та туди почали прибувати постійні екіпажі, справжнім дивом демонстрації технологій життєзабезпечення у космосі стала Система контролю навколишнього середовища та життєзабезпечення (ECLSS), що з’явилася на американському сегменті станції під час місії STS-126. ECLSS — повноцінна система замкненого циклу, що наразі контролює три ключові аспекти: відновлення водних ресурсів, очищення повітря від вуглекислого газу та шкідливих домішок і генерацію кисню.

Цикл потреб ECLSS
Розгалужений замкнутий цикл потреб, за які відповідає ECLSS.
Джерело: wikimedia.org

ECLSS забезпечує переробку й повторне використання майже всієї води (98%), яка є на МКС. Система водних фільтрів збирає й очищає не тільки стічну воду, але й виробляє питну з конденсату повітря, ба навіть з поту та сечі астронавтів. Цей процес реалізований у вигляді складної системи очисних фільтрів і каталітичного реактора, який розщеплює будь-які сліди забруднень. Контроль ступеня очищення здійснюється датчиками на кожному етапі: якщо вода не відповідає безпековим нормам та у ній виявляються зайві сполуки, вона повторно проходить очистку. Фінальний етап підготовки до вживання вже очищеної води передбачає додавання невеликої кількості йоду для запобігання появі та розмноженню мікробів. В такому вигляді вода зберігається до моменту свого використання та виведення, тим самим замикаючи цикл очищення.

Водоочисний фрагмент системи ECLSS
Водоочисний фрагмент системи ECLSS. За словами її розробників з NASA, ця вода набагато безпечніша за ту, що ми споживаємо на Землі.
Джерело: s-bond.com

Інша вагома складова ECLSS — система генерації повітря (OGS), що виробляє кисень, яким дихають астронавти. Технічно OGS — це електролізер води, подібний до “Электрона”, встановленого на російському сегменті станції. Вода надходить до його відсіків, і під час хімічної реакції електролізу відбувається її розщеплення на кисень та водень. Отриманий таким чином кисень подається в житлові приміщення станції, скількись водню відводиться у космос, а інша його частина потрапляє у вузол видалення вуглекислого газу (CDRA) — одну з трьох складових системи ревіталізації повітря Air Revitalization System (ARS), встановленої на орбітальному модулі Tranquility (Node 3). Окрім видалення вуглекислого газу, ARS здатна усувати й інші небезпечні для здоров’я домішки у повітрі. За контроль їх насиченості в атмосфері МКС відповідає вузол Major Constituent Analyser (MCA), що вимірює вміст азоту, водню, кисню, вуглекислого газу, водяної пари та метану.

В період з 2010 до 2017 року на МКС використовувалась технологія Сабатьє для відновлення кисню та виробництва води. Система NASA Sabatier проводила хімічну реакцію водню, отриманого з OGS, з вуглекислим газом, що надійшов з CDRA, результатом чого було утворення води (майбутнього джерела кисню у OGS) та метану (який відводився у космічний простір через спеціальну систему вентиляції). Таким чином дві ключові системи ECLSS, що беруть участь у регенерації повітря, взаємодоповнювали одна одну, забезпечуючи постачання хімічних елементів, необхідних для їхньої роботи.

У 2018 році функціонал ECLSS було посилено новою системою Advanced Closed Loop System (ACLS), розробленою Європейським космічним агентством. ACLS була значно більш комплексною та інноваційною, порівняно з регенераторами кисню від NASA. До того ж система здатна відновлювати куди більший відсоток повітря з вуглекислого газу, що видихають астронавти. Спеціальні адсорбенти видаляють СО2 з житлових приміщень станції, після чого він надходить до реактора Сабатьє, де взаємодіє з воднем (отриманим під час процесу електролізу води). В результаті реакції у реакторі Сабатьє на виході — вода і метан. Отримана з вуглекислого газу вода надходить до електролізера води (подібного до OGS), де під час хімічної реакції з неї отримують кисень, яким і дихають астронавти, замикаючи цикл.

Основні етапи роботи системи ACLS
Основні етапи роботи ACLS. Система здатна сама генерувати до 50% води, необхідної для подальших реакцій всередині, продуктом яких стає кисень.
Джерело: www.esa.int

Хоча основним завданням ECLSS та ACLS є постачання очищеної води та організація свіжого повітря, одним із додаткових компонентів системи життєзабезпечення є впровадження біорегенеративних систем. Саме вони дозволяють астронавтам вирощувати рослини у космосі, таким чином забезпечуючи певний рівень харчової автономії на орбіті.

Землеробство на орбіті

Культивуючи рослинність у космосі, екіпаж орбітальної станції отримує подвійну винагороду, адже рослини не тільки можна вживати у їжу, але й використовувати у якості природних очищувачів повітря. Також у процесі транспірації (коли відбувається випаровування води з поверхні рослин) в екіпажів з’являється і джерело питної води.

Утім, варто розуміти, що простір орбітальної станції надто обмежений, аби містити достатню кількість рослин для поглинання вуглекислого газу від усіх членів екіпажу та виробництва вдосталь повітря для них. Саме тому поки що вирощування рослин відбувається, радше, у експериментальному форматі. Одним із наймасштабніших експериментів з культивації рослин на орбітальній станції стала Vegetable Production System (Veggie), яка почала працювати 2014 року.

Вирощені у камерах Veggie рослини
Астронавтка Серена Ауньон-Ченселлор доглядає вирощені у камерах Veggie рослини.
Джерело: letstalkscience.ca, ESA/Alexander Gerst NASA

Невеликий бокс розміром зі звичайну ручну валізу поділений на шість відсіків для рослин, які астронавти ще називають “подушками”. Кожна така “подушка” заповнена спеціальною в’язкою глиною із додаванням органічних добрив, необхідних для здорового росту рослин. Оскільки звичайний полив рослин в умовах мікрогравітації неможливий, водопостачання у Veggie реалізоване у вигляді пасивного капілярного перенесення вологи з внутрішнього резервуара культиваторної станції. Необхідну кількість світла рослини отримують від LED-світлодіодних ламп (червоні, сині й зелені світлодіоди), що імітують сонячне світло.

За понад 10 років від появи Veggie на МКС у цьому рослинному інкубаторі вирощено цілу низку земних рослин, зокрема червоний римський салат, пекінську капусту сорту Tokyo Bekana, листову гірчицю Mizuna, зелений салат та навіть справжні квіти цинії, з яких астронавт Скотт Келлі зібрав цілий букет.

Перший космічний букет циній
Перший космічний букет циній було зібрано на День святого Валентина, 14 лютого 2016 року.
Джерело: universetoday.com

Наступницею Veggie стала вдосконалена закрита напівавтоматична система Advanced Plant Habitat (APH), яка почала працювати на МКС у квітні 2017 року. На відміну від Veggie, APH — це повноцінна науково-дослідна лабораторія зі значно більшим спектром світлодіодів, високим контролем інтенсивності режимів освітлення, а також системою подачі води та поживних речовин через пористі трубки, яка забезпечує кращий контроль над зволоженням кореневої системи. Повністю закрита герметична камера APH дозволяє регулювати температуру всередині, вміст СО2, кисню та інших газів, а також відносну вологість ґрунту. Тоді як Veggie оперує вельми невеликою кількістю сенсорів для спостереження за станом рослин, APH оснащена 180 датчиками автоматичного контролю за будь-якими параметрами системи.

Advanced Plant Habitat повністю мінімізувала участь екіпажу МКС у вирощуванні рослин і овочів — увесь необхідний нагляд за станом камери відбувається зусиллями наземної команди у Космічному центрі Кеннеді. Астронавти лише проводили деякі експериментальні втручання за необхідності та відповідали за контроль стану водних ресурсів. Про ці та інші експерименти з вирощування рослин у космосі – читайте докладніше у огляді.

Камера ADH для вирощування рослин в космосі
За розмірами ADH подібна до домашньої холодильної камери.
Джерело: sierraspace.com

Впроваджують біорегенеративні системи й екіпажі китайської орбітальної станції Tiangong, де вже декілька років поспіль проходить дослідження, які рослини можна відправити у довготривалі космічні місії. Наразі на борту Tiangong вирощується зелена цибуля, помідори черрі, листя салату латук та інші види рослинних культур.

Наявність рослин на борту орбітальної станції має й заспокійливий ефект, адже вони допомагають зменшити відчуття ізоляції та створити затишну земну атмосферу

Крім рослинної їжі та джерела чистого повітря, проведення контрольованої реакції штучного фотосинтезу на станції може забезпечити космічні кораблі, що прибувають до неї, ракетним паливом на основі кисню та вуглеводнів (насамперед етилену). Це може стати потенційно цікавою технологію з дозаправки (хоча б часткової) паливом на орбіті.

Контрольовані експерименти з широким спектром рослин на МКС та Tiangong допомагають отримати необхідне розуміння біології рослин у космосі. В подальшому ці знання ляжуть в основу розробки системи для майбутніх довгострокових космічних місій і, вірогідно, будуть використовуватися під час перших колонізаторських експедицій на Місяць та Марс, забезпечуючи персонал тамтешніх баз доступом до свіжої рослинної клітковини, повністю подібної до земної.

Системи життєзабезпечення нової генерації

З еволюцією космічних кораблів і планами щодо подальших колонізаторських місій на Місяць і Марс з’явилася й потреба в удосконаленні їхніх систем життєзабезпечення. У минулому десятиріччі в NASA стартувала програма Next Generation Life Support (NGLS), метою якої було винайдення нових технологій для систем контролю навколишнього середовища та життєзабезпечення (ECLS), а також скафандрів для позакорабельної діяльності. Аерокосмічне агентство називає головною метою NGLS зміну наявних правил гри шляхом розроблення нових стандартів систем життєдіяльності, які в майбутньому стануть запорукою присутності людей у Сонячній системі.

Сьогодні NGLS працює за чотирма ключовими напрямками:

  • High Performance EVA Glove (HPEG). Це високопродуктивні рукавички для позакорабельної діяльності, які надають астронавту раніше недоступний ступінь свободи в рухах, що особливо важливо під час точних робіт з ремонту або заміни обладнання орбітальних станцій і космічних кораблів. Сучасні скафандри, що використовуються на МКС, розроблені ще за часів космічної програми Space Shuttle, коли основний профіль їхнього призначення полягав у використанні в вакуумі та мікрогравітації на низькій навколоземній орбіті. Ці великі костюми мають доволі обмежену гнучкість рухомих елементів. Особливо це стосується рукавичок, тож конче треба зробити їх прийнятними для використання на планетарних поверхнях.
  • SpaceCraft Oxygen Recovery (SCOR). Системи регенерації кисню для космічних апаратів. Іще один наріжний камінь NGLS, зосереджений на розробці нових систем постачання повітря та очистки замкненого циклу.
  • Біорегенеративні замкнуті системи життєзабезпечення (BRLSS). Штучно створені екосистеми, що відтворюють природні цикли, подібні до земних. Їхньою метою є підтримка життєдіяльності людини в ізольованому середовищі космічного корабля або на інших планетах. На відміну від традиційних фізико-хімічних систем, що переважно переробляють повітря та воду, BRLSS можуть ще й інтегрувати органіку (рослини, мікроби, а іноді й аквапонічні системи для розведення риби) для виробництва їжі, регенерації повітря й води, а також утилізації органічних відходів, які перетворюють на добрива для живлення нових рослин, таким чином замикаючи цикл.
  • In Situ Resource Utilization (ISRU). Використання ресурсів на місці відіграватиме ключову роль для колонізаторських місій. І йдеться не тільки про знаходження матеріалів для будівництва, але й про видобуток питної і технічної води, виробництво кисню та навіть палива для космічних кораблів (на основі кисню й водню, добутих на місці розташування планетної бази). Тобто основною метою ISRU стає створення парадигми “життя за рахунок місцевих ресурсів”, що дозволяє значно зменшити вартість і логістичну складність космічних місій.

Проєкти, подібні до Експерименту із використанням ресурсів кисню на місці (MOXIE) від NASA або ініціативи MELiSSA від ESA, пропонують нові підходи для майбутніх досліджень далекого космосу. Вони роблять основну ставку на покращення технологій вторинної переробки, інтеграцію принципу ISRU та підвищення власної енергоефективності і замкненості циклів. Ці системи життєзабезпечення нової генерації сприятимуть подорожам людини в космосі, прокладаючи шлях до можливої колонізації інших планет Сонячної системи.

Джерело: MaxPolyakov.space


Читайте також:

Астронавти NASA вирощують їстівні рослини в космосі 

Учені виявили рослину, здатну вижити на Марсі 

SpaceX успішно запустила першу приватну місію Polaris Dawn з виходом людей у відкритий космос 

Уперше дві жінки-астронавтки вийшли у відкритий космос

11 років історичному стрибку з космосу: відео

 

Related posts