Марек Корейво - На космическом корабле
Воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли на Земле, состоит из смеси газов примерно следующего состава: 78 процентов азота, 20 процентов кислорода, 1 процент аргона и небольшое количество других газов.
Мы знаем, что в этой смеси кислород — наиболее важный и необходимый для поддержания жизни компонент. При дыхании человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, возникший в организме в процессе обмена веществ. Это значит, что состав окружающего воздуха меняется с каждым вдохом и выдохом.
На открытом месте воздух быстро освежается, и его состав остается в норме. Иначе обстоит дело в закрытом помещении, например в кабине космического корабля.
Если бы у космонавтов не было соответствующего оборудования для освежения воздуха, они погибли бы в течение нескольких часов от кислородного голодания, при котором недостаток кислорода порождает различные болезненные явления и даже смерть, если в воздухе кабины останется только 7 процентов кислорода. Второй вредный фактор — излишек углекислого газа — тоже приводит к значительным осложнениям.
Отсюда следует, что воздух в кабине космического корабля должен постоянно освежаться. Но как? В этом и состоит главная проблема.
Проще всего было бы иметь баллоны, как у аквалангистов, но в этом случае пришлось бы загружать корабль большим количеством громоздких и тяжелых баллонов.
При коротких орбитальных полетах, или даже при путешествии на Луну это конечно возможно, но совершенно неприемлемо при длительных космических полетах.
Для человека, находящегося в полулежачем положении и не выполняющего тяжелой физической работы, требуется около 1 килограмма кислорода в сутки. Таким образом, планируя путешествие на Марс, пребывание на этой планете и возвращение на Землю, следовало бы предусмотреть багаж в количестве около 550 килограммов кислорода на одного космического путешественника.
ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА (УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ)
Но запас кислорода — это еще не все, надо подумать о веществе, необходимом для поглощения из атмосферы кабины накапливающегося в ней углекислого газа. Если воздух не очищать, количество двуокиси углерода будет нарастать, что вызовет нарушение жизнедеятельности организма космонавтов, а при концентрации 20–30 процентов, может стать причиной их смерти.
Чтобы предотвратить вредное влияние углекислоты, чаще всего помещают в кабине двуокись калия, которая превосходно поглощает углекислоту и удобна в употреблении. Но и этот способ не лишен недостатка. Дело в том, что двуокись калия весьма быстро насыщается так, что необходим запас этого вещества в размере около 1,5 килограмма в сутки на одного человека. Это значит, что для двух путешественников, отправившихся на Марс, потребуется запас около 1650 килограммов двуокиси калия. Суммируя это количество с запасом кислорода, нужным для дыхания, мы получим вес 2,8 тонны, что для космического корабля, в котором каждый грамм веса на счету, совершенно неприемлемо.
Трудности, возникающие при химическом поглощении двуокиси углерода, вынуждают нас к поискам других решений этой проблемы.
ВОДОРОСЛИ
Известно, что растения в процессе своей жизнедеятельности превосходно поглощают углекислоту и выделяют кислород. Кажется просто: достаточно взять с собой в кабину корабля нужное количество живых растений. Однако, условия в кабине таковы, что решить эту проблему не так уж просто.
Чтобы снабдить одного космонавта нужным количеством воздуха, годного для дыхания, необходимо разместить в кабине целое поле площадью 100 м2 со слоем почвы в 10 см, что конечно практически неприемлемо. Большие надежды на удовлетворительное решение проблемы дают опыты, проведенные с водорослями.
Оказалось, что один из видов водорослей семейства хлорелл может стать прекрасным средством для освежения воздуха в кабинах космических кораблей и одновременно может служить источником снабжения космонавтов свежими овощами и питанием, о чем мы пишем подробнее ниже.
Одноклеточные водоросли семейства хлорелл, если обеспечить им надлежащий уход, растут с такой быстротой, что за сутки масса увеличивается в 5, 7 и даже в 10 раз. Небольшой аквариум с водой и водорослями, емкостью 65 литров, вполне достаточен для снабжения одного человека воздухом и питанием в течение многих дней.
Хлорелла уже несколько лет подвергается всесторонним опытам во многих странах. В одной из лабораторий хлорелла выдержала уже первый экзамен, поставляя воздух двум мышам, в течение 17 дней находившимся в герметически замкнутом помещении.
В другой лаборатории американский ученый провел опыт с хлореллой в условиях, близких к космическому путешествию. Он заперся в герметической кабине, в которой был установлен сосуд с водой и водорослями, и находился там в течение 26 часов, потребляя для дыхания исключительно кислород, выделяемый водорослями. После опыта ученый сказал, что «воздух был постоянно свежим и приятно пахнул влажным сеном».
Водоросли в общем весьма нетребовательны. Для жизни им необходимы только вода, свет, двуокись углерода и небольшое количество некоторых химических веществ. Но кроме достоинств у водорослей есть и недостатки. Культивировать их весьма трудно и уход за ними нужен тщательный — они весьма нежны и чувствительны ко всяким внешним влияниям, подвержены вирусным и бактериальным болезням, легко погибают. Поэтому трудно надеяться, что водоросли станут единственным источником снабжения обитателей космического корабля воздухом.
Но успехи, достигнутые учеными в деле выращивания водорослей, позволяют питать надежду, что многие из указанных недостатков могут быть преодолены. Уже удалось вырастить сорта водорослей, устойчивые против тяжелых условий космического полета, быстрее размножающиеся, дающие больше кислорода и поглощающие больше углекислоты.
ВОДЯНОЙ ПАР
Удалить водяной пар из кабины космического корабля сравнительно легко. Мы знаем, что слишком влажный воздух затрудняет дыхание человека, снижает его выносливость к высокой температуре, уменьшает трудоспособность, приводит к нарушениям жизнедеятельности организма.
Для очистки воздуха космической кабины от водяного пара достаточно его пропустить через специальный фильтр, содержащий двуокись кремния. Когда фильтр полностью будет насыщен водой, его можно заменить свежим, а прежний вставить в аппарат для извлечения скопившейся воды. Такие фильтры можно употреблять многократно.
ВОЗДУХ ДОЛЖЕН БЫТЬ ЧИСТ
Очистка воздуха от углекислоты и водяного пара — это еще не все. В кабине космического корабля могут быть и другие газы, которые, хотя их и немного, могут затруднить экипажу пребывание в ней, повлечь за собой неудобства и даже заболевания. Речь идет об озоне, выделяющемся во время работы электронной аппаратуры, о пахучих веществах, улетучивающихся из смазочных масел, жидкостей, заполняющих гидравлические сети, электроизоляции, резиновых изделий, продуктов питания, химических соединений, человеческих испарений и пр.
Чтобы устранить эти загрязнения или, как их называют, вредности, необходимы дополнительные фильтрующие установки, что приводит к дополнительной нагрузке корабля поглощающими веществами.
КАК ЖИТЬ В ПУСТОТЕ?
Человек приспособился к нормальному давлению, которое составляет около 1 атмосферы, но может жить и при меньшем давлении, при условии, что будет к этому подготовлен.
Вопрос давления для космонавта — дело первостепенной важности. Ему необходимо создать в кабине определенное давление и предохранить его от резкого падения при разгерметизации кабины, обеспечить возможность выхода в космическую пустоту и пребывание на поверхности планеты, лишенной атмосферы.
Можно задать себе вопрос, какое же давление удобнее всего поддерживать в кабине космического корабля? Ответить на этот вопрос не так легко, как кажется. По многим причинам земное давление на борту космического корабля нежелательно. Специалисты считают, что давление может быть значительно ниже, что принесет немалую выгоду, а именно: космонавтам будет легче дышать, уменьшится опасность разгерметизации кабины, увеличится экономия в весе корабля.
Почему будет легче дышать?
Обыкновенно, на Земле, человек дышит смесью различных газов, в основном азотом с небольшим (сравнительно) количеством кислорода. Хотя азот для дыхания не нужен, организм все же привык к его наличию и плохо реагирует на его отсутствие в смеси.
Если поместить человека в барокамеру, заполненную чистым кислородом, дышать ему будет тяжело, а спустя некоторое время у него появятся признаки значительного нарушения жизнедеятельности и даже отравления. Оказалось однако, что по мере снижения давления организм человека переносит наличие большого количества кислорода, а при давлении 0,2 атмосферы камера может быть без всякого вреда для ее обитателя заполнена чистым кислородом. Поэтому, если бы удалось использовать в кабине космического корабля для дыхания экипажа чистый кислород, можно было бы применить упрощенную аппаратуру для дыхания, отказаться от лишнего балласта в виде азота, увеличить степень безопасности полета и получить много других выгод технического порядка.
