ルカ・ロンゴの詳細な分析
空気から二酸化炭素を排除します。気候変動を止めるだけでなく、肌を家に持ち帰ります。これは、宇宙時代の初めから宇宙船の設計者を悩ませてきた問題です。
有人のロケット製造業者は、宇宙飛行士や宇宙飛行士に一定の酸素の流れを提供するだけでは不十分であることに早くから気づきました。宇宙船の内部では、乗組員によって生成された二酸化炭素を除去することも必要でした。これは、設計者が初めて直面した多くの問題の1つでした。実際、当時の潜水艦でも、両方の問題は、海面上にチューブ（シュノーケル）を巻き上げて新鮮な空気を送り込み、古い空気を押し出すことで簡単に解決されました。この解決策は、宇宙では確かに使用できません。
酸素は私たちが呼吸する空気の約21体積％に相当しますが、人体は15〜17％までの濃度でも十分に生き残ることができます。このしきい値を下回ると、混乱が発生し始め、身体的な努力をする能力が低下します。
代わりに、二酸化炭素は大気中に存在するガスの0.04％（400 ppm）にすぎません。しかし、酸素濃度が数パーセント下がっても気づきませんが、吸入する空気中のCO2がわずかに増えるとすぐに、呼吸の頻度を上げて体が反応します。空気中のCO2濃度が1％に上昇すると、最初の症状（過敏性と錯乱）を約0.5体積％感じ始める人もいれば、強いめまいを感じる人もいます。
このため、宇宙飛行士が消費する酸素ボンベの代わりに酸素ボンベを使用することに加えて、すべてのスペースシャトルには、二酸化炭素を捕捉して除去するためのシステムであるスクラバーが装備されています。これらのそれぞれは、シャトルの大気から乗組員の各メンバーによって排出されるCO2を排除できなければなりません：24時間ごとに約1キログラム。
マーキュリー、ジェミニ、アポロ、シャトルプログラムの間、NASAは化学スクラバーを採用しました。キャビンの空気は、結晶性水酸化リチウム（LiOH）で満たされた多孔質バスケットに送り込まれました。 CO2は反応して炭酸リチウムと水を形成し、浄化された空気は圧力下でシリンダーから取り出された酸素で濃縮され、キャビンに再導入されました。問題は、水酸化リチウムが完全に炭酸塩に変換されたときに、これらのフィルターを定期的に交換する必要があることでした。
このシステムはあまり実用的ではなく、アポロ13号のミッション中に、宇宙飛行士（サービスモジュールの燃料電池の爆発によって引き起こされたメインカプセルの故障による着陸モジュールの難民）が適応しなければならないことに気付いたときに問題を引き起こしましたノースアメリカン航空がコマンドモジュール用に開発した正方形のコンテナから、グラマンが月着陸船用に作成した丸いハウジングまで。
ソビエトは、これとは異なるシステムのおかげで、すべての宇宙霊長類を達成しました。すでにライカのスプートニク2号とガガーリンのボストーク1号では、酸素は加圧ガスとしてではなく、超酸化カリウム（KO2）として固体状態で貯蔵されていました。酸素が少なく、乗組員から放出される二酸化炭素と湿度を含む古い空気がKO2コンテナに送られ、発熱反応を引き起こして、酸素と水酸化カリウム（KOH）を放出する水を捕捉しました。 KOHがCO2と反応して炭酸カリウムを形成している間に、宇宙飛行士が呼吸した酸素に取って代わりました。このようにして、呼吸によって生成された二酸化炭素と水が排除され、器具が保温され、必要な酸素が再生されました。電気はポンプにのみ必要であり、破損する可能性のある可動部品はほとんどなく、圧力下のガスもありませんでした。
このシステムはうまく機能し、最初のボストーク1号では、ガガーリンが12日間正常に呼吸できるほどの小さな寸法と重量で、軌道を放棄するためのロケットがなかった場合に大気圏に再突入するのに必要な時間でした。点灯します。
この多機能スクラバーをソビエト海軍の技術者と一緒に設計したOKB-124部門は、その後、それをVoskhods、Soyuzs、さらには潜水艦に適用しました。これにより、本発明と核エンジンのおかげで、月。
最初の恒久的な宇宙ステーションが打ち上げられたとき、効率的なスクラバーをどのように構築するかという問題が再び浮上しました。それぞれにKO2またはLiOHを含む「使い捨て」バスケットをたくさん装備することは想像できません。このため、吸着システムを開発するためにナセルで使用されていた化学スクラバーは廃止されました。
これらは、二酸化炭素と非常によく似た多孔質固体の内部にあります。古くなった空気がその上に送り込まれ、二酸化炭素が付着します。この分子スコッチがCO2で飽和したら、キャビンに接続しているバルブを閉じ、それらを外側に開いてCO2を排出させ、空間真空に分散させるだけで十分です。これで、材料は新しい吸着サイクルの準備ができました。同じシステムを使用して、乗組員の呼吸によって放出される水を抽出します。
最初にスカイラブ（米国が開発した宇宙ステーション）に、次に国際宇宙ステーション（ISS）のアメリカのセクションに、ゼオライトと呼ばれる二酸化ケイ素とアルミニウム結晶をベースにしたスクラバーが設置されました。これらは、特定のサイズの分子に対して可能な限り最大の親和性を持つように測定するために作られた正確な寸法の穴を備えたモレキュラーシーブです。特に、アメリカ人はゼオライト13x（水を吸収するのに最適）をゼオライト5A（二酸化炭素を吸収するのに最適化されている）と組み合わせて使用します。
これらのシステムのうちの2つ（二酸化炭素除去アセンブリ（Cdra）と呼ばれる）は、ノード3とアメリカのセクションの静けさ研究所の両方に存在します。スクラバーの各ペアは連携して機能します。2つのうちの1つがステーション内からH2OとCO2を吸着している間、もう1つは外部真空にさらされ、前のサイクルで吸収したものを取り除きます。システムは非常に複雑であり、継続的に使用する場合、ゼオライトはボールの形で吸着床によって吹き飛ばされてタービンを損傷する傾向があるため、定期的なメンテナンスが必要です。また、ゼオライトダストはダクト内に蓄積し、短絡を引き起こす傾向があります。
したがって、CDRAシステムは、4人の乗組員と、1.25人の人間の全体的な呼吸を伴ういくつかの実験用モルモットを維持することができます。
ロシア人は、Vozdukhと呼ばれ、ロシア軌道セグメントサービスモジュールにインストールされた別のシステムを採用しています。このシステムは、3つの異なるアミン床の基本的な特性のおかげでH2OとCO2を吸収します。この技術は、よりシンプルで、バルブ以外の可動部品がないため、6つのサリュート宇宙ステーションとMIRでソビエトが行った経験に基づいています。 ISSに搭載された最新バージョンは、1日あたり3000リットルの二酸化炭素を除去することにより、6人の乗組員を無期限にサポートすることができます。
ISSのシステム全体は非常に冗長です。Vozdukhがプライマリシステムを表し、CdraがVozdukhのメンテナンス中に介入します。すべてのシステムが同時に故障した場合、常にISSに接続されているソユーズには古いタイプの化学スクラバーがありますが、常に3人の乗組員をそれぞれ15日間サポートすることができます。アポロ13号での経験の後、偶然に何も残さないために、2011年までISSに到着したシャトルでは、アメリカのスクラバーをロシアのバスケットに接続して操作できるアダプターも利用できました。
宇宙の探検家が直面しなければならないもう1つの大きなステップは、月と火星から始まる宇宙ステーションまたは恒久的なコロニーを作成することです。そこでは、浄化システムが住みやすい生息地を無期限に維持する必要があります。
大気がない月では、ISSで開発された2ストロークスクラバーを使用できますが、火星では、火星の大気がほぼ完全にCO2で構成されているため、問題は複雑です。火星の大気は回復しませんが、逆に、二酸化炭素の過圧によって完全に汚染されます。
このため、 2020年7月30日に打ち上げられ、2021年2月18日にMARS 2020ミッションで赤い惑星に到着するはずのパーセベランスローバーに搭載されています。MITとニールズボーア研究所は、火星酸素のその場での資源利用実験を設置しました。 （MOXIE）。この実験プラントは、ローバーから供給されるエネルギーのおかげで、火星の大気中のCO2を、水を水素と酸素に変換するものと同様の固体電解槽で一酸化炭素と酸素に変換する可能性を実証する必要があります。このようにして、常に利用可能なエネルギー源を持っているので、火星の表面で酸素をボンベで運ぶ代わりに直接得ることが可能です。
ISSですでにテストされているプロセスは、サバティエプロセスです。これは、電気分解装置のおかげで、乗組員によって放出された湿度を水素と酸素に変換します。その後、酸素は乗組員によって吸い込まれるか、推進システムで燃焼する可能性があります。一方、水素は乗組員が生成した二酸化炭素と結合して、ニッケルベースの触媒プロセス（ゼロkmの触媒：火星の岩石に十分に存在する）でメタンと水を取得します。次に、メタンは推進システムで酸素と混合することができます。化学量論は、わずかな割合の余分な酸素でさえ、乗組員の維持に使用できることを示しています。
これらの技術はすべて、コロニーの建設段階で機能しますが、コロニーが稼働していて、植民者が地球からの供給なしに無期限に身を守ることを学ばなければならない場合、おそらく最高の空気再生技術は生物システムでしょう。後者は、一度開始すると、同じ生物の増殖と自己修復能力のおかげで、深いメンテナンスを必要としないという利点があります。すぐにまた話します。
すでに今日、私たちは、惑星や衛星だけでなく、「他の形態の生命や文明を求めて、新しい世界を探検する」ための巨大な宇宙船に乗って建てられた、草、木、藻でいっぱいの巨大な温室を備えた空想の宇宙コロニーを作ることができます。誰も行ったことのない場所に行くために」
これは、Sat, 30 Jan 2021 06:39:19 +0000 の https://www.startmag.it/energia/come-eliminare-anidride-carbonica-nelle-navi-spaziali/ で Start Magazine に公開された記事の自動翻訳です。