Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук Страница 11

В ходе космических экспериментов из-за нагрева и охлаждения металлы деформируются, сжимаются и расширяются, а от тряски и вибрации механизмы смещаются. Кроме того, за пределами атмосферы Земли давление очень низкое, так называемый глубокий вакуум. Классические клапаны тут не годятся.

В 1951 году прошел удачный полет с пассажирами-псами Дезиком и Цыганом, но уже в следующем полете Дезика с собакой Лисой не раскрылся парашют, который должен был сработать по показаниям датчика давления. Инженеры приступили к разработке более надежных клапанов для специальных контейнеров и скафандров. В качестве механизма регуляции давления было предложено вообще на время отказаться от клапанов, а просто просверлить отверстие небольшого размера. Точные расчеты показывали, что скорость вылетания воздуха через него равна скорости дыхания и подачи кислорода. Эта более простая идея сработала, и собаки Мишка, Чижик, Смелый, Рыжий в двух полетах успешно поднялись на высоту 100 километров и вернулись на Землю. В пятом полете с животными инженеры опробовали новый, усовершенствованный клапан, созданный за месяц, но, к сожалению, он подвел, как и первый.

Через три года полеты собак возобновились с использованием сильфонных барореле. Сильфон похож на пружину, но сделанную из нескольких слоев разных металлов. Он сохраняет герметичность и устойчив к перепаду температур, тряске и вибрации. Барореле фиксирует давление и генерирует электрический ток, активирующий электромагнит. Так, сила притяжения магнита зависит от меняющихся атмосферных условий, и, соответственно, с его помощью лучше автоматически контролируется давление в кабине. Прибор использовался во многих полетах.

Со временем технология совершенствовалась. К 1960‐м годам система контроля давления казалась надежной. Но в 1971 году произошла трагедия. Экипаж корабля «Союз‐11» погиб из-за открытия клапана выравнивания давления в кабине и падения давления атмосферы в спускаемом аппарате во время посадки. Клапан сработал слишком рано, когда космонавты были еще в космосе. Хотя впоследствии на испытательных стендах такой же клапан инженеры ломали разными способами, так и не удалось узнать, почему он мог выйти из строя. К неверной работе могло привести только крайне маловероятное стечение обстоятельств, возникшее сразу при трех видах воздействий. После этого система неоднократно модернизировалась, и больше серьезных аварий не было.

Хотя клапаны используются повсеместно, разработанные для космоса – более дорогие и применяются только в работе ответственных технологических систем и насосов, работающих в условиях вибрации, например во время строительства.

После аварии «Союза‐11» было решено создать специальные защитные скафандры и систему нагнетания воздуха при разгерметизации. Ее испытали уже в следующем пилотируемом полете корабля «Союз‐12».

Аварийная система представляла собой сжатый кислород в баллоне, который выпускался по показаниям датчиков или по команде космонавтов. Дополнительный запас должен был выпускаться быстро – быстрее, чем кислород мог выходить в случае разгерметизации. Это давало 20 дополнительных минут для космонавтов. В корабле этого времени хватало для экстренной посадки. Если же это случилось бы на орбитальной станции, то по инструкции нужно было надеть скафандр, бросить оборудование, уйти в корабль и вернуться на Землю. В такой ситуации космонавты оказались лишь однажды. В 1997 году грузовой корабль «Прогресс М‐34» потерял управление и врезался в станцию «Мир» – точнее, в ее модуль «Спектр». Космонавты Василий Циблиев, Александр Лазуткин и Майкл Фоул за 20 минут смогли загерметизировать пробитый модуль и даже продолжили работу в оставшихся отсеках станции.

Был еще необычный эксперимент с заменой атмосферы станции «Салют‐5», которая использовалась для фотографирования Земли. В ходе миссии возник риск, что в воздух попали ядовитые вещества. Для экипажа корабля «Союз‐24», который отправился к станции после этого, инженеры разработали специальные «секретные» противогазы, а также модернизировали систему наддува. Космонавты Виктор Горбатко и Юрий Глазков физически открыли все клапаны – своеобразную «форточку». Воздух начал стремительно выходить, но его тут же заменял новый. Космонавтам даже не пришлось использовать противогазы или скафандры. Правда, тонкий корпус станции из-за перепада температур сжимался и разжимался, скрежет стоял страшный – казалось, что станция разваливается. Тем не менее система оказалась крайне эффективной. Потом ее использовали в экспериментах с надувными системами, такими как модуль МКС BEAM (экспериментальный развертываемый жилой модуль) или венерианский аэростат «Вега‐1». На Земле эту технологию используют в подушках безопасности, в надувных аварийных трапах на самолетах.

Надолго запаса воздуха в баллонах, конечно, не хватит, и химики взялись за разработку системы очистки и регенерации. Экспериментальных разработок в этом направлении было много, особенно в 1960‐х годах, на заре пилотируемой космонавтики. Первая такая система стояла уже на втором спутнике с собакой Лайкой. Инженеры рассчитывали, что в лучшем случае воздуха для жизни ей хватит на десять дней за счет химической реакции углекислого газа с гидроксидом калия, но до полноценной проверки дело не дошло. Затем именно система регенерации долго была камнем преткновения для полета Белки и Стрелки и Юрия Гагарина. Планируемая дата старта постоянно сдвигалась именно из-за ее неготовности. В конечном итоге поглотители показали себя хорошо и давали гарантию на четыре недели полета. Позже конструкторы из разных стран попробовали использовать для нейтрализации углекислого газа гидроксид кальция, который еще назвали известковым поглотителем, гидроксид натрия, гидроксид лития. В ходе химической реакции получается соль и вода.

Поглотители проявили себя неплохо, но для современной МКС они не являются основными. Сейчас применяется система воздухоочистки с простым названием «Воздух», где используется цеолитовый фильтр. Он похож на губку, которая впитывает углекислый газ и не выпускает его наружу. Плюсом «Воздуха» является то, что он может поглощать множество других газов, а минусом – то, что из него не получится добыть новый кислород.

Хотя поглощение углекислого газа в замкнутом пространстве – крайне специфическая задача, космические системы очистки нашли земное применение, в первую очередь в батискафах, подводных лодках, а потом и в промышленности для снижения выбросов и улучшения экологии при химическом производстве.

Еще один способ нейтрализации углекислого газа, который считается самым эффективным, быстрым и экологически чистым – реакция Саабатье. К углекислому газу добавляется водород, при высоком давлении и температуре происходит обменный процесс и получаются вода и метан. Правда, есть серьезная преграда: молекула углекислого газа очень «крепкая» – чтобы ее разорвать, нужно нагреть газ до +400 °C. Поддерживать такую температуру в системе очень сложно, и поэтому пока проводятся только экспериментальные пуски, где солнечные батареи могут получать достаточно энергии для работы печи.

Конкуренцию реакции Саабатье может составить реакция Боша, где получается чистый углерод в виде графита. Правда, температура процесса