Jak astronauci oddychają w kosmosie?

Inżynierowie musieli wymyślić specjalne sposoby wytwarzania tlenu w próżni kosmicznej . Oto jak astronauci oddychają w kosmosie .

Jak oddychać w kosmosie

W 1997 roku na stacji kosmicznej Mir, poprzedniczce Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, wybuchł pożar. Winowajcą był generator tlenu statku kosmicznego, który spalał butle z nadchloranem litu w celu wytworzenia atmosfery nadającej się do oddychania. Materiał z gumowej rękawicy, prawdopodobnie pozostawiony wewnątrz generatora podczas montażu, zapalił się po uruchomieniu urządzenia. Pożar trwał około 14 minut, zanim udało się go całkowicie ugasić.

Chociaż nikt z załogi nie został ranny, wypadek uświadomił astronautom, jak trudne i niebezpieczne jest zapewnienie im ciągłego dopływu tlenu w czasie ich pobytu na orbicie. Podobnie jak pokładowe systemy filtracji wody, urządzenia zapewniające ten ratujący życie zapas wody znacznie ewoluowały od czasu rozpoczęcia wyścigu kosmicznego w latach 60. XX wieku.

Dym i Mir

W programie Apollo, obejmującym misję z 1969 r., w trakcie której ludzie po raz pierwszy wylądowali na Księżycu, stosowano jednostki sterowania środowiskiem (ECU) w celu utrzymania atmosfery czystego tlenu w modułach dowodzenia. Jednostka sterująca (ECU) wyposażona jest w wkłady z wodorotlenkiem litu i węglem aktywnym, które filtrują dwutlenek węgla z oddechu astronautów i pochłaniają zapachy. Generuje także wodę i utrzymuje temperaturę w kabinie, co pozwala trzem astronautom przetrwać w kosmosie 14 dni.

Stacja kosmiczna Mir, wystrzelona w 1986 r., została zaprojektowana z myślą o dłuższych misjach kosmicznych i produkowała tlen w wyniku reakcji chemicznej. Generator zapala butle z nadchloranem litu wielkości dużych puszek aerozolowych, uwalniając tlen podczas spalania. Jedna z takich „świec tlenowych” zapewniała wystarczającą ilość powietrza do oddychania dla członka załogi na cały dzień, ale system ujawnił swoją słabość podczas incydentu z gumowymi rękawiczkami.

Po tym wypadku inżynierowie lotnictwa i kosmonautyki przestali stosować reakcje chemiczne w celu wytwarzania tlenu w kosmosie. Na początku XXI wieku ISS zastąpiła stację Mir i została wyposażona w bezpieczniejszy sterownik ECU działający na zasadzie elektrolizy, który przy użyciu generatora rozszczepia cząsteczki wody przez membranę wymiany protonów na tlen i wodór. Podczas gdy tlen powstający w tym procesie uwalniany jest do atmosfery, wodór łączy się z dwutlenkiem węgla wydychanym przez załogę, tworząc wodę pitną i metan. Obecnie metan jest odprowadzany poza stację, jednak w przyszłości może okazać się przydatny w procesach bioprodukcyjnych na pokładzie statku. Na pokładzie ISS znajduje się również zapasowy model Mir, który ma generować tlen.

Życie w plecaku

Dostarczanie tlenu astronautom przebywającym w statku kosmicznym to jedno. Inaczej jest w przypadku opuszczania statku kosmicznego w celu odbycia spacerów kosmicznych — w celu przetestowania sprzętu, przeprowadzenia eksperymentów lub wykonania napraw zewnętrznych.

Nowoczesny skafander kosmiczny przeznaczony do spacerów kosmicznych, znany również jako Extra-Vehicular Mobility Unit (EMU), wyposażony jest w plecak zawierający różne systemy podtrzymywania życia. Między innymi dostarcza tlen do hełmu astronauty, jednocześnie filtrując dwutlenek węgla. Kombinezony chronią również ich ciała przed potencjalnie zagrażającymi życiu siłami próżni, w którą się zapuszczają.

Jeszcze przed wejściem do EMU astronauci spędzają wiele godzin w kapsule ze sprężonym powietrzem, oddychając czystym tlenem, aby zminimalizować ryzyko zapadnięcia w śpiączkę. Według byłego astronauty Mike'a Mullane'a, moduł dowodzenia utrzymuje ciśnienie atmosferyczne na poziomie 14,7 funtów na cal kwadratowy (psi), co mniej więcej odpowiada ciśnieniu panującemu na Ziemi na poziomie morza, jednak ciśnienie w skafandrze kosmicznym wynosi zaledwie 5 psi. Przed spacerami kosmicznymi astronauci muszą „wstępnie oddychać” czystym tlenem, aby usunąć azot z organizmu i zapobiec tworzeniu się pęcherzyków gazu we krwi – będącej przyczyną choroby wywołanej sprężonym powietrzem. W przeciwnym razie nadmiar pęcherzyków azotu może zatykać naczynia krwionośne i powodować uszkodzenia tkanek, czego objawem mogą być m.in. bóle stawów, bóle głowy, osłabienie mięśni, paraliż, zmęczenie i dezorientacja.

Znaczenie skafandrów kosmicznych można najlepiej zobrazować tym, co by się stało, gdyby ich nie było. Astronauci natychmiast straciliby przytomność z powodu braku tlenu, a próżnia spowodowałaby, że ich krew i płyny ustrojowe, które wydzielały się pod wpływem warunków atmosferycznych Ziemi, zamarzłyby, zagotowały się i pękłyby.

Warunki panujące we wszechświecie sprawiają, że tak prosta czynność jak oddychanie staje się złożonym, potencjalnie śmiertelnym wyzwaniem. Na szczęście nauka nie jest w stanie sobie z tym poradzić.