Что такое «кислородные свечи» и зачем они космонавтам

Известно, что в космосе нет «верха» и «низа», и вообще многие вещи там выглядят совершенно по-другому. Например, мы привыкли, что свеча при горении излучает свет и поглощает кислород из воздуха, выделяя углекислый газ. А на космических кораблях и орбитальных станциях всегда присутствует запас удивительных свечей, горящих без света, но с выделением кислорода.

«Кислородная свеча» в фильме «Живое». На самом деле она не светится и имеет более простую конструкцию

Из всех веществ, с которыми мы постоянно сталкиваемся, кислород является самым реакционноспособным. Это связано со структурой его двухатомной молекулы. Два с лишним миллиарда лет назад он стал причиной глобальной экологической катастрофы. Вначале он был всего лишь побочным продуктом жизнедеятельности первых фотосинтетических клеток и постепенно накапливался в атмосфере. Когда его концентрация достигла 2%, началось массовое вымирание живых организмов, для которых кислород оказался ядом. Но некоторые организмы сумели к нему приспособиться и продолжить эволюцию. Сейчас мы не представляем себе жизни без этого газа.

Вначале была авиация

Минимальное давление воздуха, при котором большинство людей остается в сознании и может выполнять осмысленные действия, составляет 0,47 бар. Такое давление наблюдается на высоте около 6 км над уровнем моря. Однако следует помнить, что кислорода в составе воздуха всего 21%. Если же дышать чистым кислородом, его давление можно снизить примерно до 0,15 бар. Этим пользовались пилоты первых высотных самолетов с негерметичными кабинами — они брали с собой жизненно необходимый газ в сжатом виде в баллонах, откуда он подавался в кислородные маски.

Такая схема могла работать только для жизнеобеспечения небольших экипажей. На современных пассажирских авиалайнерах, перевозящих сотни пассажиров, проблему решили путем создания максимально герметичного корпуса. Путем нагнетания воздуха из внешней среды (наддува) там поддерживается давление не менее 0,7 бар. На случай разгерметизации самолета всех пассажиров и членов экипажа обеспечивают кислородными масками. Только газ в них подается не из тяжелых стальных баллонов, а из специальных химических генераторов. Они начинают работать при поджиге пиротехническим капсюлем или искрой от пьезоэлемента и выделяют кислород на протяжении примерно 20 минут. За это время самолет должен снизиться до условно безопасной высоты 4 км.

Аварийный комплект жизнеобеспечения для пассажиров самолетов. Внизу — кислородные маски, вверху — патрон с газогенерирующей смесью

В настоящее время кислородные генераторы изготовляют из хлората натрия NaClO₃ с добавкой небольших количеств пероксида бария BaO₂ и перхлората калия KClO₄. После поджига в такой смеси начинается самоподдерживающаяся экзотермическая реакция, идущая при температуре 260°C. Продукты ее «сгорания» нужно дополнительно очищать от ядовитой окиси бария и охлаждать. Поэтому, когда встал вопрос экстренного снабжения кислородом участников космических полетов, было выбрано другое решение.

С самолета — в космический корабль

Пероксиды — соединения, в котором на один атом металла приходится больше кислородных атомов, чем «положено» согласно его валентности — использовались уже в первых пилотируемых космических кораблях. Они постепенно реагируют с водяным паром и углекислым газом из воздуха, поглощая их и взамен выделяя кислород. Все это прекрасно работало, пока на орбиту выходили аппараты с небольшим внутренним объемом. Но уже в ходе миссий Apollo стало ясно, что иногда возникает необходимость быстро «доставить» дополнительное количество кислорода в определенное место. Дело в том, что в невесомости перемешивания воздуха в замкнутом пространстве происходит значительно медленнее, чем в земных условиях. Поэтому его состав в разных точках корабля или орбитальной станции может сильно отличаться.

Особенно критичным это стало на советской/российской станции «Мир», состоявшей из множества отсеков. Часть из них просто невозможно было эффективно «провентилировать», и космонавты, оправляясь туда, специально брали с собой химические источники кислорода. Они получили название «Вика» и состояли из перхлората лития LiClO₄ с небольшой добавкой мелкого железного порошка. При их «горении» температура поднималась до 600°C, за счет чего быстро высвобождался большой объем газа. Это позволяло также экономить на доставке с Земли сжатого кислорода в баллонах. Поэтому «Вики» на станции жгли довольно часто.

Участник экспедиции на станцию «Мир» астронавт Джерри Линенджер держит кислородную свечку «Вика». Источник: NASA

Недостатком таких источников была их огнеопасность. Если в смеси оказывались включения органических веществ или просто слишком плотный сгусток железного порошка, «свеча» натурально загоралась. Наиболее неприятный из подобных инцидентов произошел в феврале 1997 года при работе в модуле «Квант». Неожиданно для космонавтов «Вика» превратилась в небольшой факел, который начал летать по орбитальной станции, брызгаясь расплавленным металлом. С трудом удалось избежать обширного пожара и эвакуации станции «Мир».

Похожие кислородные генераторы имеются и на МКС. Они обозначаются аббревиатурой SFOG. Во избежание опасных ситуаций их изготовление тщательно контролируется, а использовать их предписывается только в крайних случаях. К тому же в состав «кислородных свечей» внесли некоторые изменения, благодаря чему теперь они «горят» при температуре менее 500°C.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

[ajax_load_more single_post="true" single_post_id="52313" single_post_order="previous" single_post_target="#post-wrapper" post_type="post" css_classes="alm-btn" button_label="Загрузить еще"]