При нахождении в герметичном космическом корабле за миллионы километров от Земли, каждый вдох и каждая выпитая капля воды подлежат тщательному контролю. Потому что здесь нет природы, которая могла бы очистить воздух или воду. Именно об этом — о технологии контроля атмосферы и воды на Международной космической станции и в будущих межпланетных экспедициях — рассказывает обзор специалистов РКК «Энергия» им. С.П. Королёва.
Внутри космического аппарата воздух — это не просто воздух. Он должен содержать строго определённое количество кислорода, влаги, а концентрация токсичных веществ — от выдыхаемых человеком газов до испарений от оборудования — не должна превышать критических значений. Даже небольшая утечка или возгорание могут привести к трагическим последствиям. То же самое и с водой: её чистота — вопрос выживания.
На заре космонавтики контролировали лишь основные газы — кислород и углекислый газ. Сегодня на МКС эту задачу выполняет целый арсенал приборов. На российском сегменте используются газоанализаторы для кислорода, углекислого газа и паров воды, а также специальные индикаторные трубки, которые меняют цвет при наличии опасных примесей. Однако некоторые системы, например, анализатор аварийных газов ГАНК-4М, уже выработали свой ресурс, и их замена — одна из актуальных задач.
В ответ на это в России ведётся разработка нового прибора «ГА атмосферы», который сможет с высокой точностью отслеживать как основные, так и аварийные газы, такие как аммиак, угарный газ и пары кислот. Его лётный образец планируется доставить на МКС в ближайшее время.
Не отстают и зарубежные партнёры. На американском сегменте атмосферу анализируют с помощью масс-спектрометров и лазерных анализаторов. Особый интерес представляют компактные и эффективные приборы, такие как лазерный монитор MGM, успешно проработавший на орбите более 15 месяцев, и его перспективный преемник — анализатор AGA, способный обнаруживать следы опасных газов даже после пожара. Для контроля микропримесей в воздухе используется хромато-масс-спектрометр AQM, а в будущем его может заменить ещё более компактный и экономичный прибор S.A.M.
Но, возможно, самый большой потенциал кроется в методе, который только начинает свой путь в космосе, — рамановской спектроскопии (название в честь индийского ученого Ч. В. Рамана). Его главное преимущество в универсальности: один лазер может детектировать практически любые молекулы — от основных газов до сложных микропримесей в воздухе, воде и даже твёрдых материалах. Современные рамановские анализаторы, такие как российские «EnSpectr» и «РаПорт», обладают феноменальной скоростью (результат за 2–3 секунды), высокой точностью и портативностью. Они способны улавливать миллионные доли примесей, что делает их идеальными кандидатами для обнаружения самых ранних признаков возгорания или утечки.
Учёные полагают, что за рамановскими технологиями — будущее космического жизнеобеспечения, особенно в условиях дальних полётов к Луне и Марсу, где невозможна оперативная доставка проб на Землю. Прежде чем такие приборы отправятся в космос, им предстоят серьёзные испытания на радиационную стойкость и устойчивость к перегрузкам. Но если они их пройдут, то у российской космонавтики появится мощное и конкурентоспособное решение для обеспечения безопасности экипажей в долгосрочных межпланетных миссиях.
Таким образом, тихая и невидимая работа систем контроля воздуха и воды на орбите — это не рутина, а передний край науки, где решается вопрос о том, сможет ли человек безопасно шагнуть дальше в космос.
Обзор опубликован в журнале «Космическая техника и технологии».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
Фото: NASA. commons.wikimedia.org
