Публикации сотрудников АО «НИИхиммаш»

Регенерационные системы жизнеобеспечения длительных космических полетов

Н.М,Самсонов, М.Ю.Томашпольский, Л.С.Бобе, Л.И.Гаврилов. Cтатья в журнале «Российский космос» №7 за 2006 г.

Системы жизнеобеспечения (СЖО), основанные на запасах, не позволяют осуществить полет человека к другим планетам и даже для околоземных орбитальных станций требуют больших затрат для обеспечения его жизнедеятельности. Сложность решения этой проблемы усугубляется ограниченным объемом герметически замкнутого пространства обитаемых отсеков космической станции, необходимостью обеспечения интенсивности процессов регенерации воды и кислорода, в десятки тысяч раз более высокой, чем это имеет место на земле, и их реализации в условиях невесомости. Решение этих задач было поручено НИИхиммашу (в котором было создано Специальное опытное конструкторское бюро – СОКБ. Справка о деятельности СОКБ здесь - прим.редактора).

Для решения этой проблемы специалисты НИИхиммаша разработали способы реализации процессов химической технологии (сепарация, фильтрация, адсорбция, хемосорбция, электролиз, катализ и др.) в условиях невесомости и принципиально новые конструкции аппаратуры и машинного оборудования.

Исследования и проверка их эффективности были проведены совместно с Летным испытательным институтом (ЛИИ) в условиях кратковременной невесомости на самолетах и совместно с ОКБ-1 (РКК "Энергия") в условиях длительной невесомости на искусственном спутнике Земли («Космос-382») на специально созданной экспериментальной установке «Роса». Первой в мировой практике регенерационной системой космической станции стала система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги (выделяемой экипажем при дыхании и потоотделении) – СРВ-К. Система успешно эксплуатировалась с 1975 года на орбитальных космических станциях «Салют» № 4, 6 и 7 и обеспечивала экипажи высококачественной холодной и горячей водой для питья, приготовления пищи и напитков, а также для очистки запасов воды с просроченным сроком хранения и получения горячей воды для санитарно-гигиенических процедур.

На орбитальной космической станции «Мир» был практически реализован комплекс регенерационных систем жизнеобеспечения (за исключением систем концентрирования СК-УГ и переработки углекислого газа СПУГ для получения воды). Развитие комплекса осуществлялось поэтапно. На базовом модуле станции была введена система регенерации воды из конденсата атмосферной влаги СРВ-К2. На модуле «Квант» - системы генерации кислорода "Электрон-В" (СЭВ) и системы очистки атмосферы от углекислого газа «Воздух» (СОА-УГ) и от вредных примесей БМП (СОА-МП). На модуле «Квант-2» - системы регенерации воды из урины СРВ-У и санитарно-гигиенической воды СРВ-СГ и дополнительная система "Электрон-В". Разработка и поставка системы «Воздух» и БМП были осуществлены РКК "Энергия", а остальных систем и комплекта патронов очистки для БМП – НИИхиммашем.

Многолетняя эксплуатация систем на станции «Мир» (до завершения ее полета) подтвердила их высокую надежность и эффективность. Функционирование комплекса регенерационных СЖО обеспечило уменьшение массы доставляемых на станцию грузов более, чем на 60 тонн, исключило необходимость запуска 42 кораблей типа «Прогресс» и значительно (на миллиарды рублей) уменьшило затраты на ее эксплуатацию.

Создание и успешное функционирование регенерационных СЖО определили мировой приоритет отечественной науки в этой области. Все российские и международные экипажи высоко оценили технический уровень регенерационных СЖО, качество регенерированных продуктов и улучшение условий обитания на станции благодаря их применению.

К моменту написания этой статьи в США и Европе штатные системы регенерации воды и кислорода не внедрены и обеспечение жизнедеятельности международных экипажей осуществляется российскими системами.

Полная реализация комплекса регенерационных СЖО предусматривалась в модулях российского сегмента Международной космической станции (МКС).

cgo2.jpg


В служебном модуле МКС введены и функционируют системы очистки «Воздух» и БМП, усовершенствованные системы регенерации воды из конденсата СРВ-К2М и генерации кислорода "Электрон-ВМ", а также система приема и консервации урины СПК-УМ. Производительность усовершенствованных систем увеличена более чем в 2 раза (обеспечивает жизнедеятельность экипажа до 6 человек), а энерго- и массозатраты снижены.

За пятилетний период их эксплуатации регенерировано 6,8 тонны воды 2,8 тонны кислорода, что позволило уменьшить массу доставляемых на станцию грузов более, чем на 11 тонн.

Задержка с включением в состав комплекса СЖО системы регенерации воды из урины СРВ-УМ не позволила осуществить регенерацию 7 тонн воды и уменьшить массу доставки.

Отсутствие финансирования разработок штатных систем регенерации воды из урины, концентрирования и переработки углекислого газа и разработки перспективных технологий регенерации привело практически к прекращению работ по созданию новых высокоэффективных систем. Это же, по сути, исключило возможность приема молодых специалистов и поставило под угрозу существование сильнейшей в мире отечественной школы по созданию регенерационных систем жизнеобеспечения.

Так что сегодня при проведении технической политики по развитию российского сегмента МКС крайне важно ускорить решение вопроса финансирования и введения в состав комплекса регенерационных СЖО системы СРВ-УМ и системы концентрирования и переработки (гидрирования) углекислого газа с образованием воды – СПУГ. Это позволит при численности экипажа три человека дополнительно регенерировать 2,3 тонны воды в год и значительно уменьшит затраты на эксплуатацию станции. Следует также заметить, что все затраты на создание регенерационных систем окупятся за три-четыре месяца их эксплуатации.

При этом комплекс СЖО позволит обеспечить практически полное воспроизводство воды и кислорода на станции и может являться основой комплексов СЖО для намечаемых полетов к Марсу и организации базы на Луне.

Для реализации марсианской экспедиции целесообразно осуществить усовершенствование комплекса СЖО с целью увеличения ресурса и снижения массы заменяемого оборудования, а также ввести дополнительные новые блоки, обеспечивающие функционирование систем в нештатных ситуациях. Необходимой стадией проверки и отработки этих решений должны являться их испытание и эксплуатация на МКС. 

Полностью с иллюстрациями статья опубликована в журнале «Российский космос» №7 за 2006 г.