Astronauta Daniel W. Bursch, Ingegnere di volo della spedizione quattro, lavora sul generatore di ossigeno Elektron nel modulo di servizio Zvezda sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Immagine per gentile concessione della NASA Sulla terra, abbiamo una fornitura costante di aria fresca. Inspiriamo ossigeno ed espiriamo anidride carbonica. Questi gas vengono riciclati dalle piante attraverso il processo di fotosintesi. Le piante assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno. È un ciclo meraviglioso su vasta scala. Ma cosa succede nel piccolo, cabine limitate di veicoli spaziali, come la navetta spaziale o le stazioni spaziali?
La maggior parte dei veicoli spaziali porta con sé la propria scorta di ossigeno e può avere un sistema di backup. Però, le missioni di queste navicelle durano poco tempo, nell'ordine dei giorni fino a due settimane. In contrasto, la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) è stata progettata per il volo spaziale a lungo termine ed è in orbita dal 1998. Quindi, come viene prodotto l'ossigeno a bordo della ISS? È gestito in tre modi, utilizzando generatori di ossigeno, serbatoi di ossigeno pressurizzati o generatori di ossigeno a combustibile solido (chiamati anche candele di ossigeno).
Il metodo principale è realizzato dai generatori di ossigeno:l'Elektron di fabbricazione russa e il sistema di controllo ambientale e supporto vitale degli Stati Uniti (ECLSS). L'Elektron si trova nel modulo di servizio (Zvezda) e l'ECLSS si trova nel modulo di laboratorio Destiny. Questi dispositivi producono ossigeno dall'acqua mediante un processo chiamato elettrolisi, durante il quale una corrente elettrica passa attraverso l'acqua da un elettrodo con carica positiva chiamato anodo a un altro elettrodo con carica negativa chiamato catodo. C'è una piccola concentrazione di sale nell'acqua per condurre l'elettricità perché l'acqua stessa è un cattivo conduttore elettrico. Nel processo, l'acqua viene scissa in gas idrogeno e gas ossigeno. Ecco come funziona la chimica del processo:
L'elettricità è generata dai pannelli solari della stazione e fornita ai generatori di ossigeno attraverso la rete elettrica della stazione. L'acqua viene consegnata alla stazione dalla Terra dalle navi di rifornimento Progress e dallo space shuttle. L'acqua viene anche recuperata da condensatori che rimuovono il vapore acqueo dall'aria della cabina (gli astronauti espirano vapore acqueo). Finalmente, l'acqua può essere riciclata dall'urina degli astronauti dall'unità ECLSS. Il gas idrogeno prodotto nel processo di elettrolisi viene scaricato nello spazio e il gas ossigeno viene fatto circolare nell'aria della cabina.
Ora diamo un'occhiata agli altri modi in cui l'ISS produce ossigeno.
Elettrolisi dell'acqua HSW Come ora sai, ottenere ossigeno a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) viene gestito in tre modi, utilizzando generatori di ossigeno, serbatoi di ossigeno pressurizzati o generatori di ossigeno a combustibile solido. Nella pagina precedente, abbiamo parlato dei generatori di ossigeno. Ora, parliamo degli altri due metodi.
Nel secondo metodo, l'ossigeno non è prodotto, ma piuttosto consegnato alla ISS dalla Terra. Quando le navi di rifornimento Progress, Veicoli di trasferimento automatizzati europei, o il molo della navetta spaziale degli Stati Uniti alla stazione, pompano ossigeno in serbatoi pressurizzati ai nodi della camera di equilibrio. Pompano anche gas azoto in altri serbatoi pressurizzati in quelle camere di equilibrio. I controlli atmosferici della stazione miscelano i gas nelle giuste proporzioni con l'atmosfera terrestre e fanno circolare la miscela attraverso la cabina.
Il terzo metodo è un sistema di backup che produce ossigeno attraverso reazioni chimiche. Il sistema è chiamato generatore di ossigeno a combustibile solido (SFOG) e si trova nel modulo di servizio della stazione (Zvezda). Il SFOG, che si chiama anche candele di ossigeno o candele al clorato , ha contenitori che contengono una miscela di clorato di sodio in polvere (NaClO 3 ) e polvere di ferro (Fe). Quando l'SFOG è acceso, il ferro "brucia" a 1112 gradi F (600 gradi C), che fornisce l'energia termica necessaria per la reazione. Il clorato di sodio si scompone in cloruro di sodio (sale da cucina-NaCl) e ossigeno gassoso (O 2 ). Parte dell'ossigeno si combina con il ferro per formare ossido di ferro (FeO):
600°C
NaClO 3 (s) + Fe (s) -> 3O 2 (g) + NaCl (s) + FeO (s)
L'SFOG fornisce 6,5 ore/uomo di ossigeno per chilogrammo di miscela. Anche le tute spaziali russe producono ossigeno usando gli SFOG.
Nelle future stazioni spaziali o colonie spaziali, Gli scienziati della NASA sperano di creare ossigeno ed eliminare l'anidride carbonica in modo naturale coltivando piante. Le piante fornirebbero aria respirabile e sarebbero una fonte di cibo per gli astronauti. Un problema che deve essere risolto, anche se, è come far crescere un gran numero di piante in piccoli spazi:lo spazio vitale a bordo di una stazione spaziale è limitato.
Pubblicato originariamente:22 febbraio 2011
