Марек Корейво - На космическом корабле

Как предохранить космонавтов от воздействия больших температурных колебаний?

Конструкторы в первую очередь обратили внимание на возможность изоляции кабины космического корабля. Внутри кабины можно поддержать постоянную температуру порядка 20 градусов и соответствующую влажность воздуха с помощью известных и применяемых в жилищном строительстве кондиционеров. Таким образом, с этой стороны особых затруднений не было.

Хуже обстоит дело с защитой космонавта от воздействия высоких температур, возникающих при прохождении корабля через плотные слои атмосферы непосредственно после старта или перед приземлением. После старта космический корабль пролетает через атмосферу со скоростью около 8 км в секунду, то есть восемь раз быстрее, чем пуля, выстрелянная из винтовки. Внешняя оболочка корабля сильно нагревается от трения о воздух и раскаляется, причем температура поверхности металла может дойти до нескольких тысяч градусов. К счастью время прохождения корабля через атмосферу слишком коротко (5–7 минут), и экипажу корабля в общем не угрожает значительное повышение внутренней температуры в кабине.

Дело усложняется при возвращении корабля на Землю, когда время его прохождения через атмосферу значительно удлиняется, и внешняя оболочка корабля нагревается сильнее. Однако удалось найти удовлетворительное решение путем придания кораблю обтекаемой формы для снижения трения и путем применения защитных экранов из огнестойких материалов.

В настоящее время перед конструкторами стоит серьезная задача защиты корабля от перегрева солнечными лучами во время длительного полета в космосе, и от холода во время нахождения корабля в тени.

Воздух, которым мы дышим и к которому мы привыкли на Земле, состоит из смеси газов примерно следующего состава: 78 процентов азота, 20 процентов кислорода, 1 процент аргона и небольшое количество других газов.

Мы знаем, что в этой смеси кислород — наиболее важный и необходимый для поддержания жизни компонент. При дыхании человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, возникший в организме в процессе обмена веществ. Это значит, что состав окружающего воздуха меняется с каждым вдохом и выдохом.

На открытом месте воздух быстро освежается, и его состав остается в норме. Иначе обстоит дело в закрытом помещении, например в кабине космического корабля.

Если бы у космонавтов не было соответствующего оборудования для освежения воздуха, они погибли бы в течение нескольких часов от кислородного голодания, при котором недостаток кислорода порождает различные болезненные явления и даже смерть, если в воздухе кабины останется только 7 процентов кислорода. Второй вредный фактор — излишек углекислого газа — тоже приводит к значительным осложнениям.

Отсюда следует, что воздух в кабине космического корабля должен постоянно освежаться. Но как? В этом и состоит главная проблема.

Проще всего было бы иметь баллоны, как у аквалангистов, но в этом случае пришлось бы загружать корабль большим количеством громоздких и тяжелых баллонов.

При коротких орбитальных полетах, или даже при путешествии на Луну это конечно возможно, но совершенно неприемлемо при длительных космических полетах.

Для человека, находящегося в полулежачем положении и не выполняющего тяжелой физической работы, требуется около 1 килограмма кислорода в сутки. Таким образом, планируя путешествие на Марс, пребывание на этой планете и возвращение на Землю, следовало бы предусмотреть багаж в количестве около 550 килограммов кислорода на одного космического путешественника.

Но запас кислорода — это еще не все, надо подумать о веществе, необходимом для поглощения из атмосферы кабины накапливающегося в ней углекислого газа. Если воздух не очищать, количество двуокиси углерода будет нарастать, что вызовет нарушение жизнедеятельности организма космонавтов, а при концентрации 20–30 процентов, может стать причиной их смерти.

Чтобы предотвратить вредное влияние углекислоты, чаще всего помещают в кабине двуокись калия, которая превосходно поглощает углекислоту и удобна в употреблении. Но и этот способ не лишен недостатка. Дело в том, что двуокись калия весьма быстро насыщается так, что необходим запас этого вещества в размере около 1,5 килограмма в сутки на одного человека. Это значит, что для двух путешественников, отправившихся на Марс, потребуется запас около 1650 килограммов двуокиси калия. Суммируя это количество с запасом кислорода, нужным для дыхания, мы получим вес 2,8 тонны, что для космического корабля, в котором каждый грамм веса на счету, совершенно неприемлемо.

Трудности, возникающие при химическом поглощении двуокиси углерода, вынуждают нас к поискам других решений этой проблемы.

Известно, что растения в процессе своей жизнедеятельности превосходно поглощают углекислоту и выделяют кислород. Кажется просто: достаточно взять с собой в кабину корабля нужное количество живых растений. Однако, условия в кабине таковы, что решить эту проблему не так уж просто.

Чтобы снабдить одного космонавта нужным количеством воздуха, годного для дыхания, необходимо разместить в кабине целое поле площадью 100 м 2со слоем почвы в 10 см, что конечно практически неприемлемо. Большие надежды на удовлетворительное решение проблемы дают опыты, проведенные с водорослями.

Оказалось, что один из видов водорослей семейства хлорелл может стать прекрасным средством для освежения воздуха в кабинах космических кораблей и одновременно может служить источником снабжения космонавтов свежими овощами и питанием, о чем мы пишем подробнее ниже.

Одноклеточные водоросли семейства хлорелл, если обеспечить им надлежащий уход, растут с такой быстротой, что за сутки масса увеличивается в 5, 7 и даже в 10 раз. Небольшой аквариум с водой и водорослями, емкостью 65 литров, вполне достаточен для снабжения одного человека воздухом и питанием в течение многих дней.

Хлорелла уже несколько лет подвергается всесторонним опытам во многих странах. В одной из лабораторий хлорелла выдержала уже первый экзамен, поставляя воздух двум мышам, в течение 17 дней находившимся в герметически замкнутом помещении.

В другой лаборатории американский ученый провел опыт с хлореллой в условиях, близких к космическому путешествию. Он заперся в герметической кабине, в которой был установлен сосуд с водой и водорослями, и находился там в течение 26 часов, потребляя для дыхания исключительно кислород, выделяемый водорослями. После опыта ученый сказал, что «воздух был постоянно свежим и приятно пахнул влажным сеном».