Первые космические корабли решали проблему просто — брали кислород с собой. На кораблях типа «Восток» и первых американских миссиях ставили баллоны с кислородом, системы регуляции давления и поглотители углекислого газа. Схема рабочая. Но только пока речь идет о короткой прогулке на орбиту.
Чем дышат космонавты, и кто им доставляет кислород?
В космосе нет воздуха. Вообще. Ни молекулы кислорода, ни азота — ничего, что можно было бы вдохнуть. Поэтому каждый раз, когда космонавт делает вдох, он дышит технологиями. Буквально. Кислород на орбите делают из воды, «выжимают» из твердых химических «свечей», а скоро, возможно, будут выращивать в биореакторах и выделять на специальных мембранах.
Freepik
Если коротко: космонавт дышит инженерным гением. И это, пожалуй, самая недооцененная технология в истории космонавтики.
С чего все начиналось: кислород в баллонах
Это работало до тех пор, пока не стало понятно, что возить воздух в космос — не самая экономичная идея. Чем дольше полет — тем больше кислорода нужно везти. А каждый килограмм в космосе — это огромная стоимость. Поэтому довольно быстро стало понятно: кислород нужно не только хранить, но и производить на борту.
Химия приходит на помощь: кислородные «свечи»
Одно из самых простых решений — химические источники кислорода. Так называемые кислородные генераторы или «свечи»: внутри — твердое вещество (например, хлорат натрия), при нагреве оно разлагается и выделяет кислород. По сути, это контролируемая химическая реакция, которая делает воздух из твердого вещества. Да, звучит как магия. Но это просто хорошая химия.
Такие системы использовались и в СССР, и в США. Они кажутся простыми и надежными, но есть и обратная сторона «магии». В 1997 году на станции «Мир» из-за кислородной «свечи» произошел пожар. Пламя достигало почти полуметра — и это в замкнутом объеме станции. Химия спасла экипаж, но показала: полагаться только на пиротехнику — рискованно.
Вода как источник кислорода
Следующий шаг — использовать воду. На станции «Мир», а затем и на МКС появился российский аппарат «Электрон». Представьте себе графин с водой. Теперь представьте, что вы дышите тем, из чего эта вода состоит. Примерно так и работает «Электрон», по принципу электролиза: вода → водород + кислород. Кислород отправляется в атмосферу станции, а водород обычно выбрасывается.
То есть космонавты буквально дышат переработанной водой. Да, звучит странно. Но именно так и работает современный космос. В каком-то смысле — это самый дорогой «вдох» на планете.
Американцы пошли похожим путем, но с другой архитектурой систем. У NASA — система Oxygen Generation System (OGS). Разница не столько в принципе (он один и тот же), сколько в инженерной реализации.
«Союз — Аполлон»: когда пришлось договориться
Интересный исторический момент — миссия «Союз — Аполлон». Тогда впервые понадобилось стыковать две системы жизнеобеспечения: советскую, с одной атмосферой и подходами, и американскую, с другой. Идея совместимости систем действительно обсуждалась на уровне академиков, включая Мстислава Келдыша. Пришлось создавать переходный модуль, где можно было «согласовать» атмосферу. Это был первый шаг к современным международным станциям.
Что происходит с воздухом на МКС сегодня?
Сегодня на МКС используется комбинация: электролиз воды, химические источники (как резерв) и системы очистки воздуха. Европейское космическое агентство активно развивает замкнутые системы жизнеобеспечения, переработку CO₂, биологические циклы. Китай на своей станции «Тяньгун» также использует электролиз, системы регенерации воздуха и замкнутые циклы.
Будущее: водоросли и мембраны
Самое интересное — впереди. Фактически речь идет о том, чтобы превратить космический корабль в маленькую экосистему. Почти как Земля — только без права на ошибку. Потому что в ближайшие десятилетия речь пойдет уже не об орбите, а о полетах на Марс и постоянных лунных станциях.
- Биосистемы (водоросли). Идея проста, как на Земле – это фотосинтез. Водоросли поглощают CO₂ и выделяют O₂. Плюсы — замкнутый цикл, меньше зависимость от запасов. Минусы — сложно контролировать чувствительность к условиям, риск «сбоев экосистемы».
- Мембранные технологии — это космос! Представьте себе пленку или трубку, которая видит разницу между молекулами. Она пропускает кислород, но задерживает углекислый газ и делает это без единой движущейся детали. Никаких насосов, никакого нагрева. Просто мембрана и давление. Плюсы? Мембраны компактны, почти не ломаются и «едят» минимум энергии. Для дальних полетов — это идеально: не везти с собой тонны запасов, а просто поставить аппарат, который сам сделает воздух из «отходов», то есть из углекислого газа, выдыхаемого космонавтами. Минусы тоже есть. Материалы со временем деградируют, мембраны забиваются, а в космосе их не заменишь так просто, как картридж в кулере. Но именно здесь сейчас главная точка роста. Потому что без хороших мембран замкнутый цикл не построить. Сегодня мы умеем разделять газы с точностью до молекулы. Задача на завтра — сделать так, чтобы мембрана работала годами без замены. И тогда колония на Марсе станет реальностью.
Куда все движется?
Сейчас США, Европа, Китай идут к одному: замкнутые системы жизнеобеспечения, где вода перерабатывается, воздух регенерируется, отходы используются повторно. А что у нас? Традиционно мы сильны в надежных инженерных решениях. Но в новых направлениях — биосистемах и мембранах пока, скорее, догоняем. Хотя шанс есть. Потому что здесь ключевая роль у химии, материаловедения и инженерии — а это как раз наши сильные стороны.
Каждый вдох на орбите — это не просто кислород. Это итог десятилетий экспериментов, конкуренции двух, а теперь сразу нескольких систем и инженерного гения. Мы прошли путь от баллонов до мембран. Научились делать воздух из воды и твердых солей. А завтра — научимся дышать так же естественно, как на Земле, даже на пути к Марсу.