Что будет если в космосе будет кислород
Недостаток воздуха: чем грозит утечка кислорода на МКС
Последние два месяца экипаж Международной космической станции постоянно борется с утечкой кислорода. Ее обнаружили еще в августе, но до сих пор место, через которое драгоценный воздух покидает станцию, так и не найдено. «Известия» выяснили, угрожает ли эта ситуация жизням космонавтов, почему дыру так сложно найти и можно ли ее заделать.
Иголка в стоге сена
В настоящее время Международная космическая станция — это единственный обитаемый рукотворный объект в космосе. Станция с трудом поместится на стандартное футбольное поле, а ее герметичный объем составляет более девятисот кубических метров. Для сравнения: объем средней трехкомнатной квартиры при высоте потолков два с половиной метра около 180 кубов. Так что можно считать, что на орбите в настоящее время летает огромная 15-комнатная космическая база. Правда, стоит учесть, что Международная космическая станция имеет не такое удобное расположение внутренних модулей, а их внутреннее пространство занято необходимой для обеспечения жизнедеятельности техникой, инструментами, используется как склад или представляет собой узкие шлюзовые камеры и переходы. Так что доступного и комфортного для жизни места у космонавтов гораздо меньше.
В августе 2020 года приборы на станции зафиксировали утечку воздуха. Постоянно поддерживаемое давление в одну атмосферу постепенно падало. В сутки в безвоздушное пространство стравливалось около 200 г воздуха. Вес одного кубометра воздуха примерно 1,2 кг, так что куб воздуха при давлении как на станции «утекал» за борт в течение шести дней, и такая утечка соответствовала отверстию диаметром всего 0,1 мм. В принципе для Международной космической станции с ее объемом более девятисот кубометров такая ситуация не является критической. Запас воздуха на станции есть, и космонавтам ничего не угрожает, но решать ситуацию следовало незамедлительно.
Вид Международной космической станции (МКС) с американского шаттла «Индевор»
Проблема в том, что найти дырочку, которую и глазом не увидишь, в «пятнадцатикомнатной квартире» задача нетривиальная. А если все стены, полы и потолки квартиры заняты развешанными там приборами, инструментами, специальными панелями и добраться до них не так-то просто, то эта задача становится почти невыполнимой. Для того чтобы приступить к поискам точного места, для начала космонавты попробовали локализовать хотя бы отсек, где нужно искать.
Работа эта проводилась так. Вся команда переходила в один из сегментов, российский или американский, и герметизировала его на двое суток, после чего проверяла, насколько уменьшилось давление. Сделать это получилось далеко не с первого раза. Сначала было предположение, что утечка находится в американском сегменте, затем стало понятно, что проблема все-таки на российской стороне.
Проблема в «Звезде»
Тем временем ежесуточная утечка увеличилась, и, хотя жизням космонавтов по-прежнему ничего не угрожает, разобраться с этой проблемой стало еще важнее. В настоящее время точно локализован модуль, где находится отверстие. По открытым данным, это произошло в модуле «Звезда», и это, наверное, самый сложный из возможных вариантов. Дело в том, что это служебный модуль в котором расположены все системы, необходимые для работы в качестве автономного обитаемого космического аппарата и лаборатории.
Модуль объемом почти девяносто кубических метров состоит из четырех отсеков. Три из них герметичны — переходный отсек, рабочий отсек и промежуточная камера. Есть на нем негерметичный агрегатный отсек, в котором размещена объединенная двигательная установка. Проблема в одном из трех герметичных отсеков, но в каком именно, пока непонятно. И перекрыть их, чтобы определить более точное место утечки, нельзя.
Как же найти иголку в стоге сена, а вернее микроотверстие в огромном, заполненном аппаратурой модуле? Для этого космонавты используют специальный ультразвуковой датчик, который реагирует на очень высокий звук. Воздух, выходя из станции через отверстие, тихонько, на очень высоких частотах свистит, и именно этот звук улавливает датчик. Проблема в том, что чем меньше отверстие, тем слабее звук, а значит, тем ближе нужно поднести прибор, чтобы зафиксировать место утечки.
Российский сегмент Международной космической станции (МКС)
Кроме того, прибор не покажет точное место утечки, скорее укажет на сторону, где она произошла, как в детской игре «холодно-горячо». Вот здесь горячо, а дальше приходится искать самостоятельно. И если в 2019 году отверстие легко обнаружили в бытовом отсеке корабля «Союз», то сейчас это не получилось.
В настоящее время считается, что утечка находится в резиновых уплотнителях переходного отсека модуля «Звезда». И, скорее всего, это не микрометеорит, а изменения материала уплотнителя под воздействием времени и среды. Космонавты пытаются прикреплять к разным местам уплотнения скотчем пластиковые пакеты, чтобы постараться максимально точно увидеть место утечки.
Да, если бы отверстие было на плоской поверхности, например, от микрометеорита, заделать его было бы гораздо проще. На Международной космической станции есть специальные пластыри со смолой, которыми можно заделать такие отверстия. С резинками эта работа гораздо сложнее. Скорее всего, уже в ближайшее время космонавты смогут точно локализовать место и заделать его.
Первый звонок
В плане ремонта Международная космическая станция больше всего напоминает большой и уже не особо новый деревенский дом. Вроде еще крепкий, но постоянно требующий ухода. Там подправить, тут проверить, здесь починить, что уже сломалось. В распорядке дня космонавтов есть время, отведенное на периодическую проверку всех систем станции и замену или ремонт вышедших из строя элементов. И чем старше становится станция, тем больше времени требуется на это. В последние годы работы станции «Мир», по воспоминаниям космонавтов, на проверку систем и ремонт уходило очень много времени.
Международная космическая станция эксплуатируется с 1998 года. Срок ее эксплуатации давно перевалил за изначально оговариваемые пятнадцать лет. Время от времени высказываются предположения, что эксплуатацию станции продлят до 2030 года. И до нынешней утечки казалось, что проблем с эксплуатацией нет.
Копия научной лаборатории Международной космической станции (МКС) в Космическом центре Джонсона
Увы, вечных вещей не бывает, и случившееся это первый, но очень важный звоночек для стран, эксплуатирующих МКС. Причем абсолютно неважно, в чьем сегменте произошла утечка. Станция потихоньку стареет, и проблема может возникнуть где угодно.
Проблема в том, что Международную космическую станцию, ставшую возможной лишь в конце девяностых годов прошлого века, когда между США и Россией были совсем другие политические отношения, в нынешнем мире практически невозможно повторить. Слишком много противоречий и политики в космосе. Позиции России стали менее сильными, особенно плохо на них повлияла история с модулем «Наука» и невозможностью запустить его в течение более чем десяти лет. Даже если «Роскосмос» и NASA смогут договориться, а между ними до сих пор отличные отношения, то любой новый совместный проект будет отвергнут на этапе согласования в сенате.
Поэтому шансов на создание новой станции в окололунном или орбитальном варианте очень мало. В такой ситуации МКС нужно хранить пуще прежнего, используя ее максимально долго.
Использовать бережно
К сожалению, вариант создания дублирующих модулей для Международной космической станции тоже в настоящее время мало реалистичен. США всё еще надеются на создание окололунной станции, пусть она и отодвинулась за 2025 год, а у России просто нет денег на самостоятельное изготовление новой «Звезды».
Россияне Антон Шкаплеров и Александр Мисуркин во время выхода в открытый космос в 2018 году
Что еще хуже, в глазах мировой общественности значимость Международной космической станции неуклонно снижается. Для того чтобы найти финансирование на замену модулей Международной космической станции, требуется для начала хотя бы себе ответить на самые важные вопросы. Зачем она нужна, какие цели преследует, кроме сохранения опыта пилотируемой космонавтики и загрузки производства? Показать, что МКС — это не просто орбитальная станция, а своего рода ступенька к полетам на Луну и Марс, возможность отработать те навыки и устройства, что пригодятся космонавтам в будущем, в глубоком космосе.
Время для того, чтобы исправить ситуацию или по крайней мере четко решить, что делать дальше и каким составом, еще есть, но с каждым годом его остается всё меньше. Первый звонок уже прозвучал. т
Добыча кислорода возможна на Марсе, а значит на Луне и других планетах. Как?
Для путешествия и освоения других планет человечеству обязательно придется поддерживать жизненно неободимые ресурсы: один из них воздух. Сможем ли мы без «дозаправок» кислородом спокойно дышать на Марсе и других планетах. Рассказываем, как ученые продвинулись в решении этой проблемы.
Читайте «Хайтек» в
Как мы будем дышать на Марсе?
Выполнение будущей миссии НАСА может занять около пяти лет. Ученые планируют высадить астронавтов на Марс в 2030-х годах. Для этого необходимо достаточное количество кислорода и топлива.
В организации создали экспериментальную установку Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Эта система находится в стадии тестирования на марсоходе Mars Perseverance, который был запущен в июле.
Аппарат преобразует углекислый газ, составляющий 96% атмосферы Красной планеты, в кислород. На Марсе кислород составляет всего 0,13% атмосферы, в то время как атмосфера Земли содержит 21%. Фактически, система работает как деревья — втягивает марсианский воздух насосом, затем отделяет два атома кислорода от каждой молекулы углекислого газа (CO2).
Специалисты Вашингтонского университета предложили еще один способ, дополняющий MOXIE. Их технология позволяет добывать кислород из соленых озер на Марсе.
Экспериментальную методику предложил профессор Виджай Рамани. Она подразумевает использование совершенно другого ресурса. Речь идет о соленой воде из озер, которые находятся под поверхностью Марса. Большая часть воды, которая существует на Марсе, представляет собой лед – как на полюсах, так и в средних широтах планеты.
Согласно технологии Рамани, устройство будет брать воду и расщеплять ее на водород и кислород. Соответствующее исследование профессора и его коллег было опубликовано в журнале PNAS.
Сейчас команда разработчиков тестирует маленькую версию MOXIE. Это поможет исследователям узнать, как ряд факторов окружающей среды, включая пыльные бури, ветры и песок, а также температуру углекислого газа, могут влиять на аппарат. Полномасштабная система по размеру будет немного больше, чем домашняя плита. Ее вес составит около 1000 кг.
А на Луне можно также?
Предположительно да, ведь, как оказалось, в лунной почве содержится огромное количество кислорода. Исследования показывают, что около 45% веса пыли и камней — это чистый кислород.
Группа учёных из Metalysis и Университета Глазго предлагает перерабатывать лунный грунт, побочным эффектом чего станет железо и другие металлические порошки. Сообщается, что добыча собственного кислорода позволит ускорить создание колонии на Луне, а также значительно упростит доставку полезных грузов колонистам.
Отмечается, что материал лунной поверхности почти наполовину состоит из кислорода. Исследователи впервые продемонстрировали пригодный способ его выделения: им удалось добиться выхода почти 100% элемента, а оставшийся продукт был сплавом металлов, то есть также ценным ресурсом.
Добытый кислород можно смешать с другими газами, чтобы сделать его пригодным для дыхания. Также кислород можно использовать в качестве топлива, а Луну — как плацдарм для освоения дальнего космоса. В конце концов, полученное железо легко приспособить для строительства. Эти и многие факторы заинтересовали экспертов ESA, благодаря чему учёные получат необходимое финансирование на ближайшие 9 месяцев.
Новый метод даёт доступ к быстрой и экономичной добыче кислорода, необходимого для поддержания жизнедеятельности на Луне. Кроме того, металл, получаемый в результате реакции, можно будет использовать для производства на месте.
На других планетах можно добывать кислород?
В статье, опубликованной в Nature Astronomy 12 февраля 2018 года Мендильо, адъюнкт-профессор астрономии Пол Уизерс и доктор философии Павел Дальба предлагают взглянуть на ионосферу экзопланеты — тонкий верхний слой атмосферы, который пронизан частицами. Найдете в ней ионы кислорода — и вы нашли жизнь. По крайней мере жизнь в том виде, в котором мы ее знаем.
На протяжении всей истории человеческой цивилизации мы никогда не доходили до сути рассмотрения вопроса об обитаемости Вселенной — вплоть до последних 15 лет — когда мы смогли увидеть планеты вокруг других звезд. А теперь мы находимся на таком этапе решения проблемы, что нужно придумываем идеи, как именно обнаружить жизни вне Земли. Это будет великое интеллектуальное состязание.
Джон Кларк, профессор астрономии Бостонского университета, директор Центра космической физики
Их работа началась, когда Мендильо и Витерс получили грант от Национального научного фонда (NSF) для сравнения всех планетных ионосфер в Солнечной системе. (Она есть на всех планетах, кроме Меркурия, который так близок к Солнцу, что его атмосфера полностью отсутствует.)
Одновременно команда также работала с миссией NASA MAVEN, пытаясь понять, как молекулы, которые составляли ионосферу Марса, убежали с этой планеты. С самого начала космической эры ученые понимали, что планетарные ионосферы сильно различаются, и команда исследователей сфокусировала свое внимание на том, почему это было именно так, и почему ионосфера Земли была настолько отличной от других.
В то время как другие планеты наполняют свои ионосферы сложными заряженными молекулами, возникающими из углекислого газа или водорода, ионосфера Земля держит свой состав довольно простым, в основном с заполнением пространства кислородом. И этот кислород — особый тип кислорода — одиночные атомы с положительным зарядом.
Большинство планет в нашей Солнечной системе имеют немного кислорода в своих атмосферах, но у Земли его много, около 21%. Это связано с тем, что очень много организмов заняты превращением света, воды и углекислого газа в сахар и кислород — этот процесс называется фотосинтезом, и он происходит на Земле последние 3,8 миллиарда лет.
Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.
Однако на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.
Европа — это шестой спутник Юпитера и один из крупнейших спутников в Солнечной системе. Юпитерианская луна интересует ученых по той причине, что она является одним из небесных тел, на которых потенциально может существовать жизнь. Поверхность Европы покрыта слоем льда толщиной несколько километров, под которым находится жидкий водный океан глубиной около 160 километров. Для того чтобы в океане могли развиваться крупные формы жизни, похожие на земные, в воде должен быть растворен кислород. Но этот элемент не может проникнуть сквозь ледяной покров.
Ученые предложили механизм, который объясняет, как под лед может попасть большое количество O2. Кислород образуется на поверхности Европы, когда поток высокоэнергетических частиц из космоса бомбардирует лед — при этом образуются высокоэнергетические формы кислорода, которые способны вступать в реакцию со многими веществами.
Ученые предположили, что содержащие кислород соединения попадают в океан при подвижках корки льда, которые происходят из-за приливного воздействия Юпитера. Обломки льда, на поверхности которых образуется активный кислород, при этом уходят в глубину.
Диона — четвертый спутник газового гиганта Сатурна и еще одно небесное тело, на котором потенциально есть кислород. Космический зонд «Кассини» обнаружил следы этого газа в воздушной оболочке данного объекта. Правда, наличие кислорода в данном случае вовсе не связано с присутствием на Дионе живых организмов.
Уже в прошлом столетии удалось установить, что Диона, имеющая диаметр 1123,4 километра (то есть, она меньше нашей Луны), состоит из водяного льда со значительной примесью каменных пород во внутренних слоях.
Однако достаточно долгое время ученые были убеждены, что никакой атмосферы у этого спутника быть не может — она слишком мала, чтобы удерживать вокруг себя газовую оболочку посредством силы тяготения. Тем не менее, не так давно это представление о природе Дионы было опровергнуто, причем данные для подобного опровержения предоставил тоже «Кассини» — но уже не астроном, а автоматический зонд.
Можно ли производить кислород в космосе?
На МКС запаса кислорода восполняются за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Запасы кислорода также время от времени пополняются в ходе грузовых миссий к орбитальной станции.
Ученые из Калтеха решили найти в рамках своего исследования иной метод производства кислорода. В итоге они пришли к созданию реактора, который удаляет из формулы «CO2» (диоксида углерода) «С» (углерод), оставляя только кислород. Исследователи обнаружили, что если разгонять и ударять молекулы диоксида углерода об инертные поверхности, такие как золотая фольга, то их можно расщепить на молекулярный кислород и атомарный углерод.
Ученые говорят, что их реактор работает по принципу ускорителя частиц. Сперва молекулы CO2 в нем ионизируются, а затем ускоряются с помощью электромагнитного поля, после чего сталкиваются с золотой поверхность. В текущей форме установка обладает весьма низким КПД: на каждые 100 молекул CO2 она способна производить порядка одной-двух молекул молекулярного кислорода.
Однако исследователи обращают внимание на то, что их реактор доказал, что данный концепт производства кислорода действительно возможен и в будущем может стать масштабируемым.
В будущем реактор может использоваться для производства кислорода для астронавтов, которые будут летать на Луну, Марс и за их пределы. На Земле подобная установка с учетом масштабов тоже может оказаться весьма полезной, ведь она сможет снижать концентрации диоксида углерода в атмосфере и перерабатывать их в кислород, тем самым помогая в борьбе с глобальными климатическими изменениями. Однако ученые отмечают, что для практической фазы их установка пока не готова.
Соответственно ответ на этот вопрос, да, однако технические изыскания на этот счет еще не закончены.
Что происходит с кислородом, когда он попадет в космос? И что будет если накачать космос кислородом?(хоть это и не возможно)
С кислородом ничего особенного не происходит, его молекулы просто разлетаются в разные стороны, т.к. обладают некоторой начальной скоростью теплового движения. Поскольку в межзвездном пространстве отсутствуют химически активные вещества в концентрации, достаточной для потенциальной встречи с молекулами кислорода, то вероятнее всего никакие химические реакции молекулам кислорода в обозримом будущем не грозят.
Если рассмотреть судьбу одной конкретной молекулы, то она будет лететь в первоначальном направлении, пока не попадет в гравитационное поле какой-нибудь планеты или звезды, на поверхности которой уже вполне вероятно атомы нашей молекулы могут вступить в шальную химическую реакцию в «местными» атомами и жизнь ее продолжится уже в виде окисла.
Еще по пути к звезде молекула кислорода может столкнуться с фотоном от этой или другой звезды, что может привести сначала к распаду молдекулы на два атома кислорода, а при повторном столкновении к выбиванию электрона из атома (фотоэффект) и возбуждению атома либо к рассеянию фотона. А если фотон будет обладать очень высокой энергией, то возможно расщепление ядра, что приведет к появлению нового атома.
Что касается «накачать космос кислородом», то в условиях реального эксперимента ничего интересного не произойдет, независимо от количества выпущенного газа. Поскольку Вселенная бесконечна, то для нее все равно выпустите вы несколько молекул или несколько мегатонн кислорода. Концентрация его очень быстро устремится к нулю, т.к. в знаменателе будет стоять бесконечный объем космоса.
Искусственные лёгкие МКС: как работают генераторы кислорода
Спецпроект «Земля – это космос» представляет: обозреватель «Вестей ФМ» Павел Анисимов рассказывает о генераторах кислорода.
«Уровень кислорода – критический! Уровень кислорода – критический!»
Без этого прибора космонавты проживут всего несколько часов. Генераторы кислорода – искусственные лёгкие орбитальной станции. Для самого первого, короткого путешествия к звёздам хватило баллона сжатого газа. Командир экипажа МКС Сергей Рязанский рассказывает, откуда сегодня на станции жизненно важный кислород.
РЯЗАНСКИЙ : И вода, и кислород доставляются грузовиками сюда, на станцию. Но и вода, и кислород – это возобновляемые ресурсы. Здесь вода собирается также для получения кислорода путём электролиза.
Российские генераторы кислорода «Электрон-ВМ» выдают сотни литров газа для дыхания в час, и они – самые продвинутые в мире. Это признаёт такой эксперт NASA, как Робин Караскуилло из Центра космических полётов Маршалла.
КАРАСКУИЛЛО : Мы должны очищать воздух. Русские опередили нас в этой области. Ещё космические аппараты «Салют» и «Мир» были способны конденсировать влагу из воздуха и использовали электролиз – пропускание электрического тока через воду для производства кислорода.
На космических кораблях используют самые передовые разработки человечества, и они же помогают лучше жить на Земле. Например, кислородные станции ставят в крупных офисных центрах. Сотрудники офисов, как и космонавты, работают в замкнутых помещениях, и для придания воздуху свежести в сплит-системы подают кислород. Такие установки дешевле, чем новейшие кондиционеры с функцией притока уличного воздуха. Кстати, идею подсказали инженеры NASA, говорит научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев.
МОИСЕЕВ : NASA прилагает усилия, чтобы такие вещи перевести в промышленность. Даже доплачивают и передают бесплатно патенты. У нас есть Центр передачи технологий, связанных с космосом.
Аналоги космических кислородных генераторов используют в медицине, на вредном производстве, с их помощью очищают сточные воды. А ещё они помогают выращивать осетров на специальных фермах.
«С нашего генератора подаётся кислород, получается озон. В этой ёмкости вода насыщается озоном и из этой комнаты идёт в основной цех».
Земляне вот-вот перережут «пуповину», которая связывает их с родной планетой. Готовятся масштабные экспедиции на Луну и Марс, куда не возьмёшь нужные объёмы воды и кислорода. Учёные придумали, как решить эту проблему. Они предлагают удалять из молекулы углекислого газа углерод и оставлять только О2. Для этого используют золотую фольгу. Такая технология сработает не только в космосе. В будущем на Земле мощные генераторы смогут поглощать углекислый газ, перерабатывать его в кислород, снижая тем самым парниковый эффект.