Wie wird atmungsaktive Luft auf der ISS nachgefüllt?

Seit 2000 lebt und atmet mindestens ein Mensch außerhalb der unteren Erdatmosphäre. Umlauf an Bord der Internationalen Raumstation ISS .

Die Raumstation ist mit allem ausgestattet, was Astronauten und Kosmonauten zum Leben brauchen: Nahrung, Wasser und Luft. Die Nahrung wird regelmäßig geliefert. Nachschubmissionen . Wenn es jedoch um Wasser und Luft geht, ist die Raumstation völlig autark.

Während wir den Luxus haben, Pflanzen zu photosynthetisieren, die uns Sauerstoff liefern, müssen sich diejenigen an Bord der ISS auf andere Mittel verlassen, um am Leben zu bleiben und zu atmen.

Woher kommt also der gesamte Sauerstoff?

Wie produziert die Raumstation Sauerstoff?

Bevor die Internationale Raumstation gestartet wurde, hatten wir bereits über längere Zeiträume die Methoden zur Erzeugung von Sauerstoff in einem Vakuum perfektioniert. Nun, nicht Hunderte von Meilen über der Erde, um genau zu sein, sie befand sich tief unter der Oberfläche des Ozeansstattdessen - in U-Booten.

U-Boote müssen nicht an die Oberfläche kommen, um Sauerstoffvorräte auffüllen . Oft können sie nicht, weil sie unter Eis sind, weil das Auftauchen ihren ansonsten verdeckten Betrieb beeinträchtigen würde. Dies hat dazu geführt, dass U-Boote lange Zeit ihre eigenen Vorräte an innerem Sauerstoff herstellen mussten. Nun, nicht genau "erzeugen", sondern"recyceln".

Die an Bord der ISS verwendeten Primärsysteme sind fast identisch mit denen in U-Booten.

Das Sauerstoff- und Wassersystem der Raumstation besteht aus zwei Hauptelementen: dem Wasseraufbereitungssystem WRS und dem Sauerstofferzeugungssystem OGS. Jedes Element hängt davon ab, ob das andere ordnungsgemäß funktioniert.

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Der WRS sammelt Wasser aus Urin, Feuchtigkeit und Kondenswasser, das dann nach trinkbaren Standards gereinigt wird. Dies macht jedoch nur einen Teil des Wassers an Bord der ISS aus. Ein Teil des Wassers wird auch kontinuierlich von der Erde zur Station transportiert, um dies sicherzustellenEs wird genug "frisches" Wasser für die Crew eingemischt.

Das verbleibende Wasser wird zur Erzeugung von Sauerstoff an Bord der Raumstation verwendet. Das OGS, ein von der NASA entwickeltes System, und das dazugehörige russische Elektron-System verwenden den Elektrolyseprozess, um Wasser in seine elementaren Komponenten zu spalten: Wasserstoff und Sauerstoff.

Bei der Elektrolyse wird ein elektrischer Strom durch Wasser von einer Anode zu einer Kathode geleitet, die genug Energie erzeugt, um die Atome zu trennen. Das Ergebnis ist die Bildung von Wasserstoffgas. H ₂ und Sauerstoffgas, O ₂ .

Der Strom für diese chemische Reaktion und der größte Teil des an Bord der ISS verbrauchten Stroms stammt von Sonnenkollektoren an der Außenseite der Station.

Chemisch gesehen ähnelt die Elektrolyse der Photosynthesereaktion in Pflanzen.

Nun fragen Sie sich vielleicht, was passiert mit all dem Wasserstoffgas, das durch die Wasserspaltungsreaktion erzeugt wird? Nun, es wird in etwas zurückgeführt, das als das bezeichnet wird. Sabatier-System an Bord der ISS. Dieses System kombiniert Wasserstoffabfälle mit Kohlendioxidabfällen, die aus der Atmung der Besatzung stammen, um durch eine exotherme Reaktion Wasser und Methan zu erzeugen. Die Formel sieht ungefähr so ​​aus :

CO ₂ + 4H ₂ → CH ₄ + 2H ₂ O + Wärme

Die nächste Frage, die Sie sich stellen könnten, ist, was mit dem Methan und der Wärme passiert, nachdem wir Wasser erzeugt haben. Nun, das Methan wird in den Weltraum abgelassen und die Wärme wird über Wärmetauscher geleitet.

Fassen wir also zusammen. Die Schritte zur Erzeugung und Aufrechterhaltung von Sauerstoff im Weltraum sind wie folgt :

1. Wasser wird mit dem Wasseraufbereitungssystem von der Raumstation zurückgewonnen.
2. Ein Teil dieses Wassers wird zur Erzeugung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas durch den Elektrolyseprozess verwendet.
3. Das Wasserstoffgas wird dann in das Sabatier-System eingespeist, das es mit überschüssigem CO wieder in Wasser umwandelt. 2 in der Station generiert.
4. Die Nebenprodukte des Sabatier-Systems werden in den Weltraum abgelassen.

Während die Sauerstofferzeugung auf dem Papier einfach aussieht, erfordert sie eine hochentwickelte Technologie, um Hunderte von Kilometern über der Erde zu landen.

Die ISS und ihre Sauerstofferzeugungssysteme wurden so konzipiert, dass sie eine Besatzung von maximal 7 Personen aufnehmen können. Die Station ist jedoch selten bis zu diesem Niveau besetzt.

Die Sicherungsmethoden zur Erzeugung von Sauerstoff

High-Tech-Raumfahrtsysteme sind nichts, wenn nicht redundant. Für den Fall, dass die Hauptprozesse, die die ISS zur Erzeugung von Sauerstoff verwendet, ausfallen, gibt es zahlreiche Backup-Systeme. Nur für den Fall.

Die ISS erhält regelmäßig Sauerstoff von der Erde in Drucktanks, die außerhalb der Luftschleuse der Station montiert sind. Diese reichen nicht aus, um die Station über einen längeren Zeitraum zu versorgen, aber sie reichen aus, um den Tank kontinuierlich aufzufüllen es gibt gelegentlich Undichtigkeiten .

Das andere Backup ist ein Festbrennstoff-Sauerstoffgenerator SFOG, der von der russischen Weltraumbehörde ursprünglich für die nicht mehr betriebsbereite Raumstation Mir entwickelt wurde. Historische Randnotiz: Mirs Stilllegung war eine eher theatralische Angelegenheit. Der WeltraumStation war absichtlich stürzte an einen sehr abgelegenen Ort im Pazifik.

Aber zurück zur Internationalen Raumstation.

Dieses russische System ist als Vika-System oder SFOG bekannt, und die Besatzung versucht im Allgemeinen, die Verwendung zu vermeiden.

Das Vika-System nutzt Kanister mit Natriumchloratpulver und Eisenpulver. Die Kanister werden gezündet und erreichen Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius, die heiß genug sind, damit das Natriumchlorat in Natriumchlorid zerfälltund Sauerstoffgas.

Woo, gasförmiger Sauerstoff, Mission erfüllt! Hohe Temperaturen, Feuer und eine große Menge gasförmigen Sauerstoffs im Weltraum direkt nebeneinander sind jedoch nicht ideal im Weltraum - oder irgendwo sonst.

1997 fing einer der Kanister tatsächlich Feuer an Bord der Mir Station und Feuer auf das Schott verteilen. Nicht ideal. Der andere Nachteil des Vika-Systems ist, dass es nicht so viel Sauerstoff produziert.

Ein Kilogramm Material produziert 6,5 Besatzungsstunden Sauerstoff. Das ist nicht viel und bedeutet meistens, dass das Vika-System für absolute Notfälle und als Backup für den Fall eines anderen katastrophalen Ausfalls an Bord der ISS reserviert ist.

Die Raumstation hat ein Leck

Nachdem wir nun erläutert haben, wie die Raumstation eine konstante Sauerstoffversorgung erzeugt und aufrechterhält, sprechen wir über die ISS leckt tatsächlich .

Lecks an Bord der ISS sind keine Seltenheit. Es gibt im Allgemeinen immer ein kleines Leck an Bord, wenn man bedenkt, dass es sich um ein riesiges Druckgefäß im Vakuum des Weltraums handelt. In letzter Zeit sind die Lecks jedoch etwas schwerwiegender geworden. Ab August 2020, dem Zeitpunkt vonIn diesem Schreiben sind die Lecks so schlimm geworden, dass sich die dreiköpfige Besatzung der ISS in einer Fluchtkapsel absperren musste, damit die Bodenmannschaften versuchen konnten, zu untersuchen, woher das Leck kommt.

Insbesondere die NASA-Besatzungen haben betont, dass das Leck keine ernsthafte Bedrohung für die Astronauten darstellt, die Situation jedoch ein wenig beängstigend ist.

Bodenteams überwachen alle Abteile der Raumstation genau, um festzustellen, woher genau das Leck kommt.

Das Auffinden von Lecks in einem riesigen Druckbehälter mit einer großen Anzahl externer Anschlüsse und Luken ist nicht einfach. Kleine Lecks sind seit einiger Zeit bekannt, ihre genauen Positionen müssen jedoch noch ermittelt werden. Die Quelle könnte winzig seinSchlauchanschluss in einem kleinen Fach versteckt, oder es könnte sich um einen O-Ring an einer Luke handeln. Die Möglichkeiten sind umwerfend.

Im Moment sieht die Situation hoffnungsvoll aus, da die NASA und die Crews daran arbeiten. weitere Daten sammeln zu diesem Thema. Das heißt jedoch nicht, dass in Zukunft keine weiteren Lecks mehr auftreten werden. Es ist eine schwierige Aufgabe, die ISS an sauberer Luft zu halten. Aber zusammen, die NASA und die Russische Weltraumorganisation tun alles, um sicherzustellen, dass ihre Besatzungen sicher bleiben und leicht atmen, wenn sie monatelang die Erde umkreisen.