Az ISS-en több éve fejlesztett rendszerek tartják fenn a levegő oxgéntartalmát és biztosítják a vizet. Ennek járunk utána az alábbiakban, dr. Vincze Miklós fizikus, az ELTE és a HUN-REN Földfizikai és Űrtudományi Kutatóintézet munkatársa segítségével. Űrállomás gyorstalpaló című cikksorozatunk Kapu Tibor magyar űrhajós útja kapcsán ad áttekintést az ISS jellemzőiről – a korábbi részek listája a cikk végén olvasható.
Csillagaszat.hu: Miért van szükség a víz és az oxigén recirkulációjára a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén? A rendszer nagy és bonyolult, miért nem a rendszeresen fellátogató űrhajókkal visznek fel ilyen készleteket?
V.M.: A teherűrhajók valóban rendszeresen visznek vizet és levegőt az űrállomásra, de fontos, hogy a rendszer önfenntartó legyen. Minden kilogramm Föld körüli pályára állítása több tízezer dolláros tétel, és ritkán az is előfordul, hogy egy teherűrhajó nem tud dokkolni az űrállomáson. Ettől persze a műveletek nem állhatnak le az immár negyedszázada folyamatosan lakott ISS-en. Végül, az egész projekt egyik célja a tapasztalatszerzés a hosszú távú űrrepüléssel, bolygóközi utazásokkal kapcsolatban.
Az önfenntartó rendszer fontos eleme a víz és az oxigén feldolgozása, valamint pótlása. Az ISS-en két rendszer is van, amelyek az űrhajósok által kibocsátott vizet és vízpárát hasznosítják, mind az emberi testből kipárolgó vízgőzt, mind pedig az ennél nagyobb mennyiségben keletkező vizeletet. Az amerikai egy ún. ECLSS (Environmental Control and Life Support System – azaz környezeti szabályozó és életfenntartó rendszer vagy röviden vízkezelő rendszer) teljes vízkörfogató rendszer. Ezt először a Destiny modulban helyezték el 2008-ban, később átkerült a Tranquillity modulba.
A Nemzetköz Űrállomáson üzemelő összetett ECLSS vízrecirkulációs rendszer (ESA).
Az ECLSS rendszerben hűtésre (hűtővízként) és ivásra is nyerhető vissza H2O. A művelet sajátossága, hogy mindezt súlytalanságban kell végrehajtani. Utóbbi egyik fontos következménye, hogy nincs konvekció, azaz nincsen a hőmérséklettel és a sűrűséggel kapcsolatos vízáramlás. Emiatt nem lehet kiülepíteni a begyűjtött vízben lévő sűrűbb anyagokat. Míg a Földön egyszerűen hagyni kell a folyadékot, hogy a sűrűbb komponensei kiülepedjenek, ugyanez súlytalanságban nem működik. Emiatt centrifugálni kell a folyadékot, ami nemcsak bonyolult és további eszközt meg energiát igényel, de a forgó rendszerrel rezgéseket is okoz. Utóbbi pedig problémát jelenhet néhány tudományos kísérletnél, például nagyon nagy tisztaságú és tökéletes szerkezetű kristályokat növesztő, hosszú ideig tartó kísérletek esetében. Emellett az ECLSS rendszer desztillációval is tisztítja a vizet.
Az Elektron nevű orosz oxigéngyártó egység a Zvezda modulban, Andrej Boriszenko (balra), Alekszandr Szamokutyajev (középen) és Szergej Volkov (jobbra) űrhajósokkal (NASA)
A rendszer hat fős személyzetre van optimalizálva, a földi felmérések alapján egy ilyen létszámú legénység napi 8 liter vizet termel. Eredetileg 85%-os újrahasznosítást terveztek, de a valóságban valamivel kevesebb, 70%-os lett az eredmény. Ennek oka, hogy a súlytalanságban fellépő kellemetlen csontritkulás miatt, a vizeleten keresztül is veszített kalcium-szulfát mennyisége is jelentős. Utóbbi a vizeletben is megjelenik, és valamivel kevesebb H2O-marad. A kapott desztillált vízbe a Földről hozott ásványokat is bele kell rakni, hogy egészséges legyen az űrhajósoknak. Természetesen tartalék tiszta ivóvíz is van az ISS fedélzetén, amit a Földről nagy gömb alakú műanyag palackokban hoznak, és korábban a Zarja modulban tárolták, ma az amerikai modulok bármelyikében is elhelyezhetik szabvány teherzsákokban. Az ECLSS rendszer a fentieken túl a belső légköri hőmérséklet és páratartalom fenntartásában is közreműködik.
Az orosz szegmensben az ivóvizet ezüst-nitráttal, az amerikaiban klórral fertőtlenítik, ezért azok nem keverhetőek össze, a csomagolásukon külön színnel vannak jelölve (orosz-piros, amerikai-kék, nem ivóvíz oxigén előállításra-zöld). A fentiekben bemutatottak alapján az amerikai szegmensben egy kísérlet során 2023-ban 98%-os víz újrahasznosítást sikerült elérni.
Az újrahasznosított vízből elektrolízis útján oxigén is kinyerhető – utóbbi szintén fontos anyag az űrállomáson zajló munka fenntartásához, az űrhajósok légzéséhez. Ilyen céllal üzemel az ECLSS oxigéngeneráló alrendszere (Oxygen Generating System, OGS), illetve az orosz Elektron nevű berendezés.
Az így termelt oxigén az ISS belső légterébe jut, amely a földfelszínihez közeli összetételű és nyomású, az űrhajósok életkörülményeinek biztosítására létrehozott és mesterségesen fenntartott levegő.
Videó az ECLSS rendszer üzemeléséről az űrállomáson (NASA)
Hasonló recirkulációs és oxigént generáló rendszer az ISS orosz moduljaiban is működik – említette Zsombok Gábor, az ISS üzemeltetésének hazai szakértője. Ezek az amerikai egységgel párhuzamosan üzemelnek, erősítve a rendszer stabilitását, és tartalék ellátórendszereket biztosítva. A Vozduh rendszerben az orosz egységben szén-dioxid kivonás zajlik a levegőből zeolit ásványt tartalmazó molekulaszűrőkkel, a szintén orosz készítésű VIKA berendezés pedig a Földről hozott lítium-perklorát +400 Celsius-fokon történő elégetésével generál oxigént az újrahasznosított vízből. A hasonló szilárd oxigénfejlesztőkben a hőt alumínium égése szolgáltatja, amihez vas-oxidot használnak oxidálóanyagként. Az égetést szúrólánggal indítják be – ez azonban tartalék funkciót betöltő rendszer.
Az amerikai szegmens hírhedt szén-dioxid kivonó rendszere a CDRA is a Vozduh-hoz hasonló elven működik. Ezek mellett folyamatosan kísérleteznek szerves alapú (amin vegyületeket használó) szén-dioxid megkötő rendszerekkel, mert a zeolit szűrőágyak használatuk során lassan széttöredeznek és port termelnek, amit szűrni kell. A CDRA a kivont szén-dioxid egy részét az ún. Sabatier reaktorba továbbítja, ahol az OGS rendszer által termelt hidrogénnel reakcióba lépve metán és oxigén keletkezik. A metánt és a maradék szén-dioxidot kiengedik az űrbe. A szén-dioxid kivonó rendszerek meghibásodása esetén az űrhajókon és az űrsétaruhákban használthoz hasonló lítium-hidroxid szűrők állnak rendelkezésre. Ugyanakkor ezek nem regenerálható szűrők.
Kapcsolódó cikkek:
Űrállomások: Wernher von Braun terve, MOL, MORL és LORS űrállomások
Mire jó a Nemzetközi Űrállomás?
Az Űrállomás gyorstaplaló cikksorozat korábbi részei:
