Как получают воду в космосе. Вода в космосе: на каких планетах она есть, и что пьют космонавты

Вода - это жизнь. Этой мысли тысячи лет, а она до сих пор не утратила своей актуальности. С наступлением космической эры, значение воды лишь возросло, так как от воды в космосе зависит буквально все, начиная от работы самой космической станции и заканчивая выработкой кислорода. Первые космические полеты не имели замкнутой системы «водоснабжения». То есть, вся вода бралась на борт изначально, еще с Земли. Сегодня на МКС частично замкнутая система регенерации воды, и в этой статье вы узнаете подробности.

Откуда берется вода на МКС

Регенерация воды - это повторное получение воды. Отсюда нужно сделать самый главный вывод, что первоначально вода на МКС доставляется с Земли. Невозможно регенерировать воду, если изначально ее не доставить с Земли. Сам процесс регенерации снижает расходы на космические полеты, и делает систему МКС менее зависимой от наземных служб.

Вода, доставляемая с Земли используется на МКС многократно. Сейчас на МКС используется несколько способов регенерации воды:

• Конденсация влаги из воздуха;
• Очистка использованной воды;
• Переработка урины и твердых отходов;

На МКС установлена специальная аппаратура, которая конденсирует влагу из воздуха. Влага в воздухе - это естественно, она есть и в космосе и на Земле. В процессе жизнедеятельности космонавты могут выделять до 2,5 литров жидкости в сутки. Кроме этого, на МКС есть специальные фильтры, для очистки использованной воды. Но учитывая то, как моются космонавты , бытовой расход воды значительно отличается от земного. Переработка урины и твердых отходов - это новая разработка, примененная на МКС лишь с 2010-ого года.

На данный момент, для функционирования МКС требуется около 9000 литров воды в год. Это общая цифра, отражающая все расходы. Вода на МКС регенерируется примерно на 93%, поэтому объемы поставок воды на МКС существенно ниже. Но не стоит забывать, что с каждым полным циклом использования воды, ее общий объем уменьшается на 7%, что делает МКС зависимой от поставок с Земли.

С 29 мая 2009-ого количество членов экипажа возросло вдвое - с 3 до 6 человек. Вместе с этим возрос и расход воды, но современные технологии позволили увеличить численность космонавтов на МКС.

Регенерация воды в космосе

Когда речь заходит про космос, важно учитывать энергозатраты, или как их называют в профессиональной сфере - массозатраты, для производства воды. Первый полноценный аппарат регенерации воды появился на станции «Мир», и за все время существования он позволил «сэкономить» 58650 кг доставляемых грузов с Земли. Вспоминая, что доставка 1 кг груза стоит около 5-6 тысяч долларов США, первая полноценная система регенерации воды позволила снизить расходы примерно на 300 млн долларов США.

Современные российские системы регенерации воды - СРВ-К2М и Электрон-ВМ позволяют обеспечить космонавтов на МКС водой на 63%. Биохимический анализ показал, что регенерированная вода не утрачивает своих исходных свойств, и полностью пригодна для питья. В настоящий момент, российские ученые работают над созданием более замкнутой системы, что позволит обеспечить космонавтов водой на 95%. Существуют перспективы развития систем очистки, которые обеспечат на 100% замкнутый цикл.

Американская система регенерации воды - ECLSS, была разработана в 2008-ом году. Она позволяет не только собрать влагу из воздуха, но и регенерировать воду из мочи и твердых отходов. Несмотря на серьезные проблемы и частые поломки на протяжении первых двух лет эксплуатации, сегодня ECLSS позволяет восстановить 100% влаги из воздуха и 85% влаги из мочи и твердых отходов. В результате, на МКС появился современный аппарат, позволяющий восстановить до 93% первоначального объема воды.

Очистка воды

Ключевым моментом в регенерации является очистка воды. В очистительные системы собирается любая вода - оставшаяся от приготовления пищи, грязная вода от мытья и даже пот космонавтов. Все эта вода собирается в специальный дистиллятор, визуально похожий на бочку. При очистке воды необходимо создать искусственную гравитацию, для этого дистиллятор вращается, при этом грязная вода прогоняется через фильтры. В результате получается чистая питьевая вода, которая по своим качествам даже превосходит питьевую воду во многих уголках Земли.

На последнем этапе в воду добавляется йод. Этот химический препарат позволяет предотвратить размножение микробов и бактерий, а также является необходимым элементом для здоровья космонавтов. Любопытный факт, что на Земле йодированная вода считается слишком дорогим удовольствием для массового применения, и вместо йода используется хлор. От использования хлора на МКС отказались по причине агрессивности данного элемента, и большей пользы от йода.

Потребление воды в космосе

Для обеспечения жизнедеятельности космонавтов требуется колоссальное количество воды. Если бы к нашим дням не наладили систему регенерации воды, то космические исследования, наверняка, застряли бы в прошлом. Учитывая расход воды в космосе используются следующие данные в расчёте на 1 человека в сутки:

• 2,2 литра - питье и приготовление пищи;
• 0,2 литра - гигиена;
• 0,3 литра - смыв туалета;

Потребление воды для питья и пищи практически соотсветвует земным нормам. Гигиена и туалет - намного меньше, хотя все это поддается переработке и повторному использованию, но это требует энергетических затрат, так что расходы были также снижены. Любопытный факт, что если на российского космонавта в день приходится 2,7 литра воды, то на американских астронавтов выделено примерно 3,6 литра. Американская миссия продолжает получать воду с Земли, впрочем как и российские космонавты. Но в отличие от российской миссии, американцы получают воду в небольших пластиковых пакетах, а наши космонавты в 22 литровых бочонках.

Использование переработанной воды

Обыватель может предположить, что космонавты на МКС пьют воду, переработанную из собственной урины и твердых отходов. На деле же это не так, для питья и приготовления пищи космонавты используют чистую родниковую воду, доставленную с Земли. Вода дополнительно проходит серебряные фильтры, и доставляется на МКС российским грузовым космическим кораблем «Прогресс».

Питьевая вода поставляется в 22 литровых бочках. Воду, полученную путем переработки урины и твёрдых отходов используют для технических нужд. Например, вода необходима для работы катализаторов и для работы системы выработки кислорода. Условно говоря, космонавты «дышат уриной», а не пьют ее.

В начале 2010-ого года в СМИ появилась информация, что из-за поломки в системе регенерации воды на МКС, у американских астронавтов заканчивается питьевая вода. Владимир Соловьев, руководитель полета российского сегмента МКС, рассказал журналистам, что экипаж МКС никогда не пил воду, получаемую путем регенерации из урины. Поэтому поломка американской системы переработки урины, которая действительно была на тот момент, не повлияла на количество питьевой воды. Примечательно, что американская система дважды выходила из строя по одной и той же причине, и лишь на второй раз удалось установить истинную причину проблемы. Оказалось, что из-за влияния космических условий, в моче астронавтов сильно повышается кальций. Фильтры для переработки урины, разработанные на Земле, не были рассчитаны на такой биохимический состав мочи, и поэтому быстро приходили в негодность.

Производство кислорода из воды

Советские, а затем и российские ученые, задают темп в вопросе производства кислорода из воды. И если в вопросе регенерации воды американские коллеги немного перегнали российских ученых, то в вопросе выработки кислорода, наши уверено держат пальму первенства. Даже сегодня, 20-30% переработанной воды из американского сектора МКС идет в российские аппараты по производству кислорода. Регенерация воды в космосе тесно связана с регенерацией кислорода.

Первые аппараты по производству кислорода из воды были установлены еще на аппаратах «Салют» и «Мир». Процесс производства максимально прост - специальные приборы конденсируют влагу из воздуха, а затем путем электролиза из этой воды производят кислород. Электролиз - пропускание тока через воду, является хорошо отработанной схемой, которая надежно обеспечивает космонавтов кислородом.

Сегодня к конденсируемой влаге добавился еще один источник воды - переработанная урина и твердые отходы, позволяющие получить техническую воду. Техническая вода из американский аппарата ECLSS поставляется в российскую систему и американскую OGS (Oxygen Generation System), где затем «перерабатывается» в кислород.

Ученые бьются над решением задачи - 100% замкнутый цикл для полного обеспечения космонавтов водой и кислородом. Одна из самых перспективных разработок - получение воды из углекислого газа. Этот газ является продуктом дыхания человека, и в настоящее время этот «продукт» жизнедеятельности космонавтов практически не используется.

Французский химик - Поль Саботье, открыл удивительный эффект, благодаря которому из реакции водорода и диоксида углерода можно получить воду и метан. Нынешний процесс производства кислорода на МКС связан с выделением водорода, но его просто выбрасывают в открытый космос, так как не находят ему применения. Если ученым удастся наладить эффективную систему по переработке углекислого газа, то удастся достичь практически 100% замкнутости системы, и найти эффективное применение водороду.

Реакция Боша, является не менее перспективной в вопросах получения воды и кислорода, но эта реакция требует крайне высоких температур, поэтому за процессом Саботье многие эксперты видят больше перспектив.

Астрономы обнаружили, что кометы являются типичными разносчиками воды в звездных системах - считается, что именно таким образом Земля обзавелась собственными океанами. Статья исследователей появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе на сайте Европейского космического агентства.

Объектом исследования выступала звездная система TW Гидры - оранжевого карлика, расположенного на расстоянии 176 световых лет от Земли. Звезда окружена протопланетным диском радиусом примерно 200 астрономических единиц (1 астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца), возраст которого всего около 10 миллионов лет. Для сравнения, возраст Солнечной системы составляет примерно 4,5 миллиарда лет.

В рамках работы ученые анализировали данные о диске, собранные космическим телескопом "Гершель" Европейского космического агентства. Им удалось обнаружить следы воды в холодной части диска - там, где образуются кометы. При этом вода скорее всего присутствует там в виде льда, покрывающего частицы пыли. По утверждению исследователей, новые результаты наглядно демонстрируют, что состоящие из льда кометы могут быть обычным делом для планетарных систем.

До сих пор Водогалерея путешествовала только по Земле. Но почему бы не рвануть автостопом по галактике, выясняя, как обстоят дела с водой в самых дальних уголках Вселенной? Пристегните ремни и, как говорил Гагарин, поехали!

1. МКС. Начнем, пожалуй, с ближнего космоса, точнее с Международной космической станции. Постоянные упоминания о переработке вторсырья и плоды воображения фантастов могут заставить думать, что система полной рециркуляции воды была у космонавтов всегда. А на самом деле, она введена только в 2008 году. До этого космонавты везли воду на орбиту с Земли, а отходы жизнедеятельности сбрасывали в космос. На космических станциях «Мир» и «Салют» воду могли конденсировать из воздуха. Имел место и обратный процесс - получение воздуха путем электролиза.

Сегодня с МКС не пропадает ни одной лишней капли. Абсолютно вся влага, включая даже конденсат от дыхания, попадает в систему рециркуляции. Конечно, если об этом постоянно задумываться, пить такую воду может быть несколько некомфортно. Однако факты говорят о том, что подобная вода намного чище той, которую пьет большинство жителей Земли. Как шутят сами космонавты: «Мы просто превращаем вчерашний кофе в завтрашний».

2. Луна. С орбиты переместимся к нашему ближайшему «соседу» - Луне. Еще древние греки, глядя на лунные кратеры, выдвигали гипотезы о том, что это следы когда-то высохших морей и океанов. Гипотеза не подтвердилась, и до недавних пор Луну вообще считали чуть ли не самым сухим местом Солнечной системы. Но потом выяснилось, что вода на нашем спутнике все же есть, и ее немало.

Ученые выделяют три типа «лунной» воды - чистый лед, смесь льда и грязи, и тонкий слой на поверхности, который то исчезает, то вновь появляется. Наибольшее значение для будущих колонизаторов Луны имеют кратеры. Причина проста - туда не попадает солнечный свет, и вода оттуда не испаряется. К примеру, известные запасы влаги в ледниках лунного северного полюса - 600 миллионов тонн. И это весьма важно, ведь добывая воду прямо на месте, лунные первопроходцы сэкономят и силы, и время, и место на космических грузовиках. А значит, на Луну мы махнем налегке!

3. Кометы и астероиды. Прежде чем говорить о воде в так называемых «блуждающих» небесных телах, давайте разберемся в их различиях. Комета состоит из пыли, газа и жидкости, а астероид - преимущественно из твердых материалов, но миллиарды лет назад процент воды в них был гораздо выше. Существует весьма распространенная теория о том, что вода за Землю попала во времена, когда на ней еще не было атмосферы. Тогда космическая бомбардировка нашей планеты была обычным делом и жидкость с падающих комет и астероидов постепенно наполнила земные моря и океаны.

Однако вода на Земле и в большинстве исследованных комет - разная. Не по составу растворенных в ней веществ, а на молекулярном уровне. Вода с кометы это не совсем привычная для нас H2O, место водорода в ней занимает его «тяжелый» изотоп дейтерий. Такой, например, оказалась вода внутри открытой и исследованной совсем недавно комете Чурюмова-Герасименко. Да и из остальных изученных комет проверку на соответствие воды прошли всего шесть.

Разгадка оказалась проста - основными «поставщиками» хвостатых небесных тел в Солнечную систему являются два космических объекта: пояс Койпера и облако Оорта. Условия там разные, поэтому и состав жидкости в них отличается. В кометах с первого содержится вода, максимально схожая по составу с земной, а вот со второго прилетают только образцы с дейтерием.

4. Венера. Ситуация с водой на этой планете полна парадоксов. Средняя температура на поверхности Утренней звезды составляет 467 градусов, а атмосфера почти полностью состоит из углекислого газа. Для сравнения - в атмосфере Земли его всего около 0,04% и это уже влияет на глобальное потепление климата. Объем воды на Венере примерно в 50 тысяч раз меньше земного, но даже будь эти цифры идентичными, влага бы все равно испарилась. Гигантские облака водяного пара держали бы излишки тепла в атмосфере, и планета, на которой и так, мягко говоря, жарковато, превратилась бы в адское пекло с температурой более 1000 градусов и давлением в 350 бар (ровно в 350 раз больше земного).

Но теоретически с помощью терраформирования из Венеры можно сделать настоящую планету-курорт с теплым и влажным климатом. Нужно «всего-навсего» поставить между ней и Солнцем громадный защитный экран, отводящий излишки тепла. А потом нанести массированный удар по ее поверхности гигантскими глыбами льда. Это раскрутит Утреннюю звезду до нужной скорости и доставит на нее необходимую воду. Что ж, будем надеяться, что эти смелые планы когда-нибудь осуществятся.

5. Марс. Античные философы не зря противопоставляли Марс и Венеру. Ведь в отличие от жары на Венере, температура на Красной планете не превышает 20 градусов на экваторе. Средние же показатели - около минус 50 градусов. Благодаря современным исследованиям, со стопроцентной точностью известно - вода на Красной планете есть. И можно сказать, что в пропорциональном соотношении ее объем всего в 2-3 раза меньше земного. Конечно, моря и океаны плескались среди марсианских пейзажей очень давно - 3,5-1 миллиардов лет назад. Сейчас основной объем влаги сосредоточен на полюсах по аналогии с нашими Арктикой и Антарктидой. Также немалые запасы воды найдены в марсианской вечной мерзлоте, называемой криосферой. Ее толщина насчитывает от нескольких десятков до нескольких сотен метров. А под ней, вполне возможно, скрываются гигантские озера с соленой водой.

6. Европа. Речь, конечно, не о земном континенте, а о спутнике планеты-гиганта Юпитера. Сами планеты-гиганты состоят в основном из газа и пыли, что делает их малопривлекательным в плане поиска воды. А вот их небольшие спутники представляют интерес.

По сути, Европа, представляет собой один сплошной каток - вся ее довольно гладкая поверхность покрыта льдом. Толщина его колеблется от 10 до 30 км, а под этим панцирем располагается настоящий океан, глубиной в 100 км. Горные породы под слоем воды и металлическое ядро, внутри которого активно протекают тектонические процессы, не дают Европе промерзнуть окончательно. Также этому способствуют постоянные приливы и отливы. Получается, что океан, перемещаясь, нагревает сам себя. Именно благодаря наличию жидкой воды, на Европе вполне могут существовать живые организмы - пусть и микроскопические, но все же наши соседи по Вселенной.

7. Экзопланеты. Строго говоря, понятие «экзопланета» распространяется на любую планету, открытую вне Солнечной системы. Но нас интересуют только планеты с формулировкой «потенциально жизнепригодные», где, вполне возможно, плещется вода и теплится жизнь.

На сегодняшний день таких планет известно всего около двух десятков. Настоящий прорыв в этой области наука совершила, запустив в марте 2009 года на орбиту телескоп «Кеплер». И вот, спустя каких-то шесть лет, в январе 2015 года было объявлено о том, что найдена экзопланета, соответствующая земным параметрам на 90%. Потенциальный второй дом для человечества расположен в созвездии Лиры в 470 световых годах от солнца и носит название Kepler-438b. Планета расположена в так называемой зоне обитаемости. Это означает, что на ней с высокой вероятностью есть жидкая вода.

8. Протопланетные диски. Не пользуясь научным языком, можно сказать, что протопланетные диски - это «зародыши планет». Они представляют собой облака плотного газа, которые вращаются вокруг своей оси, постепенно сжимаясь и превращаясь в молодую планету. Появляются они вокруг недавно сформировавшихся, еще холодных звезд, и о наличии в них воды никто даже не догадывался, пока международная группа ученых под руководством голландца Михаила Хохерхейде не приступила к исследованиям с помощью орбитального телескопа «Herschel». Изучаемая область находится в созвездии Гидры, на расстоянии в 175 световых лет от Земли. По данным астрономов, объем воды (а точнее, льда) внутри такой протопланеты составляет 9 миллиардов тонн, что позволит наполнить несколько земных океанов.

9. Холодные облака. За этим красивым, почти поэтическим названием скрываются не менее живописные образования. Холодное облако представляет собой отдаленную область галактики, куда не добираются свет и тепло звезд. Вода здесь присутствует, в основном, в виде льда, осевшего на частицах мелкой космической пыли. Масса такого облака может равняться массе тысячи Солнц, а масса воды в ней - массе сотни Юпитеров. В нашей галактике таких областей около миллиона. Именно открытие холодных облаков позволило сделать вывод, что вода - третье по распространенности вещество во Вселенной. Температура внутри такого облака составляет примерно минус 263 градуса, что всего на 10 градусов ниже абсолютного нуля.

«Космическая» вода

В наше время существует гипотеза, что молекулы воды, содержащиеся в кометах и метеоритах, исполняют роль «сеятелей жизни» во Вселенной. Информация, «записанная» в молекулах воды, при благоприятных условиях на планете позволяет развиться жизни. И кометы можно назвать «яслями разумной жизни» – из хвоста комет попадают на планеты «информационные капли».

Информация, принесенная «космической» водой, может быть несовместимой с жизнью на планете, в этом случае у коренных обитателей планеты могут развиваться болезни. Если информация, которую несет вода из космоса, совместима с жизнью, развившейся на Земле, то улучшается здоровье людей, увеличиваются урожаи зерновых культур, овощей и фруктов. Увеличивается плодовитость животных. В мире наступает период изобилия. Вполне вероятно, что на пути Земли в космосе встречаются области, наполненные кристаллами воды с положительной или отрицательной (для нас) информацией. Это влияет на жизнь людей, и если научиться определять эти области заранее, можно сделать запасы продовольствия и благополучно пережить неблагополучные годы.

Кроме грозящих человечеству засух и наводнений приходится принимать во внимание «космическую погоду». Действительно, многие знания – многие печали.

Луис Фрэнк из университета Айовы на основании снимков, сделанных в ультрафиолетовом диапазоне со спутников, находящихся на орбите Земли, утверждает, что из космоса на Землю ежедневно идет ледяной дождь из комет. Судя по данным спутника «Полар», ледяные глыбы размером с дачный дом влетают в атмосферу Земли от пяти до двадцати штук за минуту. На высоте 10-15 тысяч километров они испаряются, добавляя в атмосферу Земли облако пара. По подсчетам Фрэнка, ежедневно из космоса с ледяными кометами привносится примерно миллион тонн космической воды в сутки, но часть воды испаряется обратно в космос. Остальная вода попадает в наши океаны и моря, сообщая им космические новости.

Кроме космического льда на водную оболочку Земли, на ее круговорот в природе, воздействует энергетика других планет Солнечной системы. Энергетические и физические свойства воды меняются в зависимости от расположения планет в пространстве. Во время сближения Марса с Землей увеличивается положительная энергия воды и уменьшается количество отрицательно заряженной. Удаляясь от Земли, Марс снижает влияние на воду.

Сильно влияют на энергетику воды солнечные бури и солнечная активность.

Вода увеличивает свою положительную энергетику с 18 до 19 часов вечера ежедневно, и, само собой, такая вода благоприятна для человека. Вода приобретает положительную энергетику в источниках на поверхности земли в периоды (время астрономическое): с 0.30 до 5.30. в 9.00 ± 1 час, в 15.00 ± 1 час, в 21.00 ± 1 час.

Растения и животные выработали собственный жизненный ритм и хорошо приспосабливаются к изменениям окружающей среды. Человек пытается создать собственный ритм: продлевает светлую часть дня для длительной работы или, наоборот, уменьшает время работы для длительного отдыха, вследствие чего возникает дисбаланс между окружающей средой и организмом человека. Можно сказать, что вода вне организма теряет гармоничную связь с водой внутри организма. Снижается иммунитет и длительность жизни, подкрадываются усталость и болезни, человек бесполезно тратит свою жизненную силу.

Так, может, и нам надо жить в соответствии с природными ритмами, а не пытаться перейти вброд разбушевавшуюся реку – все равно унесет?..