03.07.2015 в 18:23Наука и Технологии

Космический туалет: мочу перерабатывают в питьевую воду

Космический туалет: мочу перерабатывают в питьевую воду Ричард Холлингэм

Помимо своих основных функций, туалет на борту Международной космической станции (МКС) обеспечивает экипаж питьевой водой. Но пока система очистки работает не так хорошо, как планировалось. Корреспондент BBC Future исследовал проблему.

Космический туалет: мочу перерабатывают в питьевую воду
Дженнифер Прюитт - ведущий инженер по преобразованию мочи в питьевую воду, и эта должность ей очень нравится. Фото с сайта bbc.com

У Дженнифер Прюитт, пожалуй, одна из самых необычных должностей в американском космическом агентстве НАСА, а то и во всей космической отрасли.
Она - ведущий инженер по преобразованию мочи в питьевую воду.
"Название должности - одна из тех вещей, которые мне нравятся в моей работе, - говорит Прюитт, не скрывая гордости. - В мире не так уж много людей, занимающихся данной проблемой".
Прюитт работает над усовершенствованием системы регенерации воды на борту МКС. Ее лаборатория расположена в Центре космических полетов имени Джорджа Маршалла в г. Хантсуилл, штат Алабама. Задача Прюитт - найти наиболее эффективный способ переработки мочи астронавтов в питьевую воду.

Наша моча на 95% состоит из воды (остальное - продукты жизнедеятельности организма). Чем больше воды удастся регенерировать из мочи, поступающей в два туалета на борту МКС, тем меньше ее потребуется доставлять с Земли дорогостоящими рейсами грузовых кораблей.
В приемной на входе в лабораторию Прюитт расположена небольшая экспозиция. На полке выставлены склянки с мочой, различающейся по цвету - от обычного светло-желтого до коричневого и даже черного.

Российская моча с добавками
К моему удивлению, жидкость в сосуде с этикеткой "Предварительно обработанная американская моча" гораздо светлее, чем в стоящей рядом склянке с российской мочой.
Я интересуюсь, в чем причина такого отличия.

Несмотря на то, что приходится годами работать с мочой, это все равно очень интересная работа
Дженнифер Прюитт


"С россиянами все в порядке, - успокаивает меня Прюитт. - Их моча не отличается от нашей".
На самом деле жидкость чернильно-черного цвета - не чистая российская моча, а с добавлением химикатов, использующихся в процессе ее обработки.

"Мы не можем использовать для регенерации мочу в том виде, в котором ее поставляют члены экипажа МКС, - объясняет Прюитт. - К ней необходимо добавить определенные химические вещества, чтобы предотвратить ее распад, а также распространение бактерий".

Эта предварительная обработка - только начало сложного процесса, используемого НАСА для регенерации воды на борту МКС. К извлеченной из мочи воде прибавляется отфильтрованная из воздуха внутри станции влага - в основном в виде пота астронавтов. Затем эта жидкость превращается в питьевую воду. По расчетам НАСА, в ходе 12-месячной экспедиции на каждого члена экипажа МКС в среднем должно приходиться по 730 литров питьевой воды, регенерированной из мочи и пота.

Нештатные засоры
Но есть одна проблема. В то время как система извлечения воды из пота работает как положено (повторно используется практически вся содержащаяся в воздухе влага), производительность системы обработки мочи пока не соответствует ожиданиям. В наземной лаборатории производительность составляет 85%, то есть безвозвратно теряется всего 15% содержащейся в моче воды. А вот на борту МКС удается извлекать лишь 75%.

Космический туалет: мочу перерабатывают в питьевую воду
Из-за периодических засоров экипажам МКС приходится тратить время на ремонт туалетов

"В космосе из костей астронавтов вымывается кальций. Мы не учли в наших расчетах, каким именно образом он выводится из организма, - говорит Прюитт. - Как оказалось, значительная часть теряемого кальция выходит с мочой".

Это означает, что у мочи астронавтов в космосе иной химический состав, чем у мочи добровольцев из центра Маршалла, с которой работают специалисты НАСА на Земле.

"Выяснилось, что из-за повышенного содержания кальция моча вступает в реакцию с химикатами, которыми ее обрабатывают, - говорит Прюитт. - В результате образуется сульфат кальция, отложения которого засоряют систему и выводят ее из строя".

Можно представить себе весь драматизм подобной ситуации - компания из шести человек в замкнутом пространстве на расстоянии в 400 км над поверхностью Земли и… с неработающим санузлом. Из-за периодических засоров экипажам МКС приходится тратить время на ремонт туалетов, а на борт МКС доставляется больше воды, чем изначально планировалось.

Но команда Прюитт нашла решение этой проблемы. За счет изменения состава химикатов, использующихся для обработки мочи, исследователи надеются повысить эффективность системы регенерации воды на МКС.
Для испытаний нового химического состава у Прюитт имеется рабочая модель системы, разложенная на столе в гигантском ангаре Центра Маршалла, в котором НАСА разрабатывает и тестирует системы жизнеобеспечения. Транспарант, свисающий с одной из балок под крышей, информирует посетителей о том, что лаборатория "спасает жизни астронавтов с 1973 г.".

Как работает система очистки
Система обработки мочи - двухмерная копия той, что работает на орбите - представляет собой переплетение труб, насосов и проводов, подсоединенных к огромному баку с предварительно обработанной мочой, напоминающей по цвету колу. Прюитт рассказывает мне о принципе работы побулькивающей машины.
"Все элементы системы разложены горизонтально, чтобы минимизировать воздействие гравитации, - объясняет она. - Насосы работают по принципу пищевода - сокращаясь, они прогоняют жидкость по системе".

Мы наблюдаем за тем, как моча продвигается по одной из прозрачных труб к самому крупному сосуду во всей системе, размером с домашнюю духовку. Вакуумный насос отсасывает из емкости воздух. При понижении давления внутри сосуда падает точка кипения жидкости. Это означает, что из мочи можно выделять воду, не нагревая ее.

Оставшаяся после первичной дистилляции жидкость вновь посылается в систему, чтобы извлечь из нее максимальное количество воды. В результате процесса образуются концентрированный соленый осадок и чистая вода. На борту МКС осадок упаковывают и помещают вместе с остальным мусором в использованный грузовой корабль, который затем сгорает при входе в земную атмосферу. А получившуюся воду можно снова пить.

"Это чистейшая вода, - говорит Прюитт. - Она чище любой воды, доступной на Земле".
Однако прежде чем астронавты смогут попробовать эту сверхчистую воду, она дополнительно обрабатывается для того, чтобы предотвратить распространение бактерий. В воду добавляют йод, что придает ей легкий привкус больницы. "Это не так ужасно, нужно просто привыкнуть", - говорит Прюитт.

Уже через несколько месяцев - после серии испытаний - инженеры НАСА рассчитывают внедрить новую формулу химикатов на МКС. Таким образом, надеются они, удастся довести объем регенерируемой в космосе воды до лабораторного уровня.

Тем временем команда Прюитт продолжает работу над усовершенствованием системы.
"Несмотря на то, что приходится годами работать с мочой, это все равно очень интересная работа", - говорит она.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.
Комментарии
0