Вокруг Света 2008 № 12 (2819) - [3]

Экипаж аварийного «Аполлона-13» приспосабливает патроны с гидроокисью лития из обесточенного командного модуля для очистки воздуха от СО sub 2 /sub в лунном модуле. Фото: NASA

 Разгерметизация

25 июня 1997 года на орбитальном комплексе «Мир» испытывалось ручное дистанционное управление стыкующимся космическим кораблем. Недавно разгруженный «Прогресс М-34» отошел от станции на 30 километров и стал приближаться. Но уже рядом со станцией что-то пошло не так. Вместо того чтобы неподвижно зависнуть в 50 метрах, корабль продолжил сближение со скоростью 3 м/с, промахнулся мимо стыковочного узла, зацепил солнечную батарею, повернулся и ударился в борт станции. Всего было зафиксировано семь соударений в течение трех минут. Почти сразу загорелось табло «Разгерметизация» и включилась прерывистая аварийная сирена. Автоматика чувствует снижение давления 1,5 миллиметра ртутного столба в минуту, а тут падение составляло более 6 миллиметров в минуту. Авария случилась, когда станция была вне зоны связи с Землей. Сеанс начался только через 9 минут. За это время экипаж уже успел по характерному шипению определить, что пробоина образовалась в модуле «Спектр», принявшем основной удар «Прогресса». С Земли подтверждают уже принятое решение герметизировать модуль. Александр Лазуткин успевает отключить все важнейшие системы — воздуховод и шланг холодильно-сушильного агрегата, разрезать электрические кабели, протянутые через люк. Через 14 минут после аварии модуль был изолирован. Давление на станции упало на 12%, до 670 миллиметров ртутного столба. Площадь пробоины составила 3—4 см2. Найти ее так и не удалось.

Зачем нам азот?

Наряду с поддержанием давления СОЖ должна обеспечить нужный химический состав атмосферы. В ней для жизненных функций организма важнее всего парциальные давления кислорода и углекислого газа, а количество азота роли не играет. Это позволяет довольно гибко варьировать газовый состав воздуха и давление на борту космических аппаратов.

На советских (и впоследствии российских) космических кораблях всегда применялась атмосфера, близкая по составу и давлению к земной. Американцы в первых пилотируемых системах 1960—1970 годов — «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» — использовали атмосферу из чистого кислорода. Давление при этом составляло лишь 35—38% от нормального. Отказ от ненужного для дыхания азота сокращает массу запасов воздуха, упрощает СОЖ и, главное, благодаря снижению давления позволяет уменьшить толщину стенок, а с ней и массу обитаемых отсеков.

Однако именно кислородная атмосфера стала причиной гибели экипажа «Аполлона-1» 27 января 1967 года. В тот день астронавты Эдвард Уайт, Вирджил Гриссом и Роджер Чаффи проводили наземные испытания. К этому времени конструкция корабля еще не была «доведена до ума», многие электрические кабели даже не были толком заизолированы, из негерметичных трубопроводов системы терморегулирования постоянно утекала пожароопасная жидкость этиленгликоль. Внезапно в командном отсеке, где находились все три члена экипажа, произошло короткое замыкание и начался пожар. Электропроводка и горючие материалы в кислородной атмосфере мгновенно вспыхнули. Спустя несколько секунд экипаж был уже мертв — астронавты отравились токсичными продуктами горения.

Разработчики не без оснований полагали, что при низком давлении риск пожара будет минимальным. Но при наземных испытаниях командный отсек заполнялся чистым кислородом при нормальном атмосферном давлении — иначе оболочку просто смяло бы, как пустую консервную банку. Проверенные ранее материалы, которые не должны были гореть в условиях полета, при давлении кислорода втрое выше расчетного, вдруг вспыхнули... В дальнейшем, при тренировках и перед стартом, корабль стали заполнять смесью кислорода (60%) и азота (40%) при нормальном давлении. При выведении на орбиту она заменялась атмосферой, состоявшей на 98% из кислорода и только на 2% из азота, но давление при этом снижалось втрое. Правда, на станции «Скайлэб» американцы, не меняя давления, заменили четверть кислорода азотом, главным образом чтобы снизить пожароопасность.

Углекислый газ — за борт

В сутки человек усваивает из воздуха около килограмма кислорода (O sub 2 /sub ). Примерно три четверти из этого количества выделяется с дыханием, но уже в составе углекислого газа (CO sub 2 /sub ), которого в выдыхаемом воздухе содержится примерно 5%. В то же время предельно допустимая объемная концентрация СО sub 2 /sub составляет лишь десятые доли процента. При большем количестве он начинает препятствовать усвоению кислорода. Если не очищать воздух, содержание углекислого газа быстро вырастет и самочувствие экипажа резко ухудшится вплоть до гибели. Кроме того, через легкие и кожу в сутки выделяется 1—2 килограмма водяных паров, от которых тоже надо  избавляться, прежде чем они начнут конденсироваться на оборудовании. 

Космонавт Сергей Крикалев с устройством электролиза воды «Электрон». Фото: NASA

Проще всего поддерживать состав атмосферы, сбрасывая «отработанный» воздух за  борт и подавая свежий из баллонов. Однако без  специальных приспособлений человек может  использовать лишь около 1% кислорода, содержащегося в помещении. После этого концентрация CO sub 2 /sub поднимается до опасного уровня, и воздух необходимо менять. Получается, что  вместо килограмма кислорода на человека в  сутки придется брать в полет в 100 раз больше.  Поэтому на практике применяются более сложные системы, которые удаляют углекислоту без  сброса (или с существенно меньшим сбросом)  воздуха за борт.