Що таке «кисневі свічки» та навіщо вони космонавтам

Відомо, що в космосі немає «верху» та «низу», і взагалі багато речей там виглядають зовсім по-іншому. Наприклад, ми звикли, що свічка при горінні випромінює світло та поглинає кисень із повітря, виділяючи вуглекислий газ. А на космічних кораблях і орбітальних станціях завжди є запас дивовижних свічок, що горять без світла, але з виділенням кисню.

«Киснева свічка» у фільмі «Живе». Насправді вона не світиться й має простішу конструкцію

З усіх речовин, з якими ми постійно стикаємося, кисень є найбільш реакційно здатним. Це пов’язано зі структурою його двоатомної молекули. Понад два мільярди років тому він став причиною глобальної екологічної катастрофи. Спочатку він був лише побічним продуктом життєдіяльності перших фотосинтетичних клітин і поступово накопичувався в атмосфері. Коли його концентрація досягла 2%, почалося масове вимирання живих організмів, для яких кисень виявився отрутою. Але деякі організми зуміли до нього пристосуватися та продовжити еволюцію. Зараз ми не уявляємо собі життя без цього газу.

Спочатку була авіація

Мінімальний тиск повітря, при якому більшість людей залишається у свідомості та може виконувати осмислені дії, становить 0,47 бар. Такий тиск спостерігається на висоті близько 6 км. над рівнем моря. Проте слід пам’ятати, що кисню у складі повітря лише 21%. Якщо дихати чистим киснем, його тиск можна знизити приблизно до 0,15 бар. Цим користувалися пілоти перших висотних літаків із негерметичними кабінами — вони брали із собою життєво необхідний газ у стисненому вигляді у балонах, звідки він подавався до кисневих масок.

Однак така схема могла працювати лише для життєзабезпечення невеликих екіпажів. На сучасних пасажирських авіалайнерах, що перевозять сотні пасажирів, проблему вирішили шляхом створення максимально герметичного корпусу, в якому шляхом нагнітання повітря з зовнішнього середовища підтримується тиск не менше ніж 0,7 бар. На випадок розгерметизації літака всіх пасажирів і членів екіпажу забезпечують кисневими масками. Тільки газ у них подається не з важких сталевих балонів, а зі спеціальних хімічних генераторів. Вони починають працювати при підпалі піротехнічним капсулем або іскрою від п’єзоелементу та виділяють кисень протягом приблизно 20 хвилин. За цей час літак повинен знизитися до умовно безпечної висоти 4 км.

Аварійний комплект життєзабезпечення для пасажирів літаків. Внизу — кисневі маски, вгорі — патрон із газогенеруючою сумішшю.

В наші часи кисневі генератори виготовляють із хлорату натрію NaClO₃ з додаванням невеликих кількостей пероксиду барію BaO₂ та перхлорату калію KClO₄. Після підпалу в такій суміші починається самопідтримувана екзотермічна реакція, що йде при температурі 260°C. Продукти її «згоряння» потрібно додатково очищати від отруйного окису барію та охолоджувати. Тому, коли постало питання екстреного постачання киснем учасників космічних польотів, було обрано інше рішення.

З літака — в космічний корабель

Пероксиди — сполуки, в яких на один атом металу припадає більше кисневих атомів, ніж «належить» згідно з його валентністю — використовувалися вже в перших пілотованих кораблях. Вони поступово реагують із водяною парою та вуглекислим газом з повітря, поглинаючи їх і натомість виділяючи кисень. Все це чудово працювало, поки на орбіту виходили апарати з невеликим внутрішнім об’ємом. Але вже в ході місій Apollo стало зрозумілим, що іноді виникає необхідність швидко «доставити» додаткову кількість кисню у певне місце. Справа в тому, що в невагомості перемішування повітря в замкненму просторі відбувається значно повільніше, ніж у земних умовах. Тому його склад у різних точках корабля чи орбітальної станції може сильно відрізнятися.

Особливо критичним це стало на радянській/російській станції «Мир», що складалася з багатьох відсіків. Частину з них просто неможливо було ефективно «провентилювати», тому космонавти, коли відправлялися туди, спеціально брали з собою хімічні джерела кисню. Вони отримали назву «Віка» та складалися з перхлорату літію LiClO₄ з невеличкою домішкою дрібного залізного порошку. При їхньому «горінні» температура підіймалася до 600°C, за рахунок чого швидко вивільнявся великий обсяг газу. Це дозволяло також заощаджувати на доставці з Землі стисненого кисню в балонах. Тому «Віки» на станції палили досить часто.

Учасник експедиції на станцію «Мир» астронавт Джеррі Ліненджер тримає кисневу свічку «Віка». Джерело: NASA

Недоліком таких джерел була їхня вогненебезпечність. Якщо в суміші опинялися включення органічних речовин або просто занадто щільна грудка залізного порошку, «свічка» натурально загорялася. Найнеприємніший із подібних інцидентів стався в лютому 1997 року під час роботи у модулі «Квант». Несподівано для космонавтів «Віка» перетворилася на невеличкий смолоскип, який почав літати орбітальною станцією, бризкаючись розплавленим металом. Насилу вдалось уникнути великої пожежі та евакуації станції «Мир».

Схожі кисневі генератори є і на МКС. Вони позначаються абревіатурою SFOG. Щоб уникнути небезпечних ситуацій, їх виготовлення ретельно контролюється, а використовувати їх дозволено лише у крайніх випадках. До того ж склад «кисневих свічок» дещо змінили, завдяки чому вони тепер «горять» при температурі менше 500°C.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine

[ajax_load_more single_post="true" single_post_id="52252" single_post_order="previous" single_post_target="#post-wrapper" post_type="post" css_classes="alm-btn" button_label="Завантажити ще"]