Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvordan elimineres kuldioxid ombord på et rumfartøj?

Indvendig visning af Apollo 13 Lunar Module under den besværlige rejse tilbage til Jorden-"postkassen", der er afbilledet her, blev brugt til rensning af kuldioxid. Se flere billeder af rumforskning. Billede med tilladelse til]

Vi producerer kuldioxid i vores kroppe, når vores celler nedbryder mad, og vi frigiver det, når vi ånder ud. I atmosfæren, kuldioxidkoncentrationer er cirka 0,04 procent. Imidlertid, i de lukkede kabiner i rumfartøjer, som rumfærgen eller rumstationer, kuldioxidkoncentrationen kan blive meget højere, hvilket udgør et problem, fordi kuldioxid er giftigt. Når kuldioxidkoncentrationen i luften omkring dig stiger, du vil lide visse symptomer:

  • Ved 1 procent - døsighed
  • Ved 3 procent - nedsat hørelse, øget puls og blodtryk, bedøvelse
  • Ved 5 procent - åndenød, hovedpine, svimmelhed, forvirring
  • Med 8 procent - bevidstløshed, muskelrysten, svedtendens
  • Over 8 procent - død

På jorden, planter fjerner kuldioxid gennem fotosynteseprocessen. Planterne optager kuldioxid og frigiver ilt. Imidlertid, i et rumfartøj, kuldioxid skal fjernes fra kabineluften gennem kemiske processer. De fleste rumfartøjer er udelukkende afhængige af at fjerne kuldioxid med beholdere, der indeholder pulveriseret lithiumhydroxid. Når luft indeholder kuldioxid (CO 2 ) passeres gennem beholderen, det kombineres med lithiumhydroxid (LiOH) til dannelse af lithiumcarbonat (Li 2 CO 3 ) og vand (H 2 O).

CO 2 (g) + 2 LiOH (r) -> Li 2 CO 3 (s) + 3 H 2 O (l)

Når alt lithiumhydroxid er opbrugt, beholderen skal udskiftes og kasseres. Måske, det mest berømte eksempel på brug af litiumhydroxidbeholdere fandt sted på Apollo 13 -missionen.

Efter en eksplosion ødelagde kommandomodulet, astronauterne boede i månemodulet, mens rumfartøjet vendte tilbage til Jorden. Månemodulet brugte runde litiumhydroxidbeholdere, mens kommandomodulet brugte firkantede. Med tre astronauter, der ånder luften i et rum, der kun er designet til to, månemodulets beholdere blev hurtigt brugt op, men astronauterne kunne ikke let udveksle dem på grund af de forskellige former. Så, ingeniører hos Mission Control måtte udtænke en måde at tilpasse luftstrømmen fra månemodulet gennem de firkantede litiumhydroxidbeholdere. De var i stand til at rigge et system ved hjælp af slanger, sokker, plastposer og gaffatape-der sparer astronauterne for kuldioxidinduceret død.

Litiumhydroxidbeholdere er ikke den eneste løsning - fortsæt med at læse for at finde ud af, hvordan SCUBA -udstyr fungerer i rummet.

SCUBA i rummet

Litiumhydroxidbeholdere er ikke den eneste CO 2 problemløser i rummet. Den internationale rumstation (ISS) bruger litiumhydroxidbeholdere, men den har også en nyere teknologi, der bruger molekylsigter til at absorbere kuldioxid. SCUBA-åndedrætsværn og personlige ilt-enheder, der bruges af brandmænd og minearbejdere, skal også fjerne kuldioxid. Nogle rebreathers bruger litiumhydroxidbeholdere. Men andre bruger en reaktion, der involverer kaliumsuperoxid (KO 2 ). Når kaliumsuperoxid kombineres med vanddamp (H 2 O) og kuldioxid (CO 2 ) fra en persons ånde, det absorberer kuldioxid og danner iltgas og kaliumbicarbonat (KHCO 3 ):

4KO 2 (s) + 4CO 2 (g) + 2H 2 O (g) -> 4KHCO 3 (s) + 3O 2 (g)

Reaktionen skaber varme. Så, du kan se, hvornår det er gjort, fordi det holder op med at varme op. Dette system har den ekstra fordel at levere ilt samt fjerne kuldioxid.

U.S.Destiny lab -delen og Node 3 -delen af ​​ISS indeholder en carbondioxidfjernelsesenhed (CDRA). CDRA bruger molekylær sigteknologi til at fjerne kuldioxid. Molekylsigterne er zeolitter, krystaller af siliciumdioxid og aluminiumdioxid. Krystallerne arrangerer sig selv til at danne små skærme. Åbningerne på skærmene eller porerne er ensartede størrelser, der tillader nogle molekyler at komme ind og blive fanget i sigterne. I CDRA, der er fire senge med to forskellige zeolitter. Zeolite 13x absorberer vand, mens zeolit ​​5A absorberer kuldioxid. Hver side af CDRA indeholder en zeolit ​​13X forbundet til en zeolit ​​5A seng. Når luften passerer gennem zeolit ​​13X -sengen, vand bliver fanget og fjernet fra luften. Den tørrede luft går ind i zeolit ​​5A -sengen, hvor kuldioxid bliver fanget og fjernet. Den udgående luft er derefter tør og fri for kuldioxid.

I modsætning til litiumhydroxidbeholdere, som bliver brugt op og kasseret, zeolitterne i CDRA kan regenereres. Elektriske varmeelementer i bedene opvarmer zeolitterne og frigør den fangne ​​vanddamp og kuldioxid. Kuldioxiden bliver udluftet i det ydre rum, mens vanddampen kondenseres og genbruges. CDRA er designet med uafhængige kontroller, så den ene halvdel aktivt fjerner kuldioxid og vand fra luften, mens den anden halvdel regenererer. De to halvdele skiftevis. CDRA er den primære metode, hvorved kuldioxid fjernes fra ISS kabineluften, mens litiumhydroxidbeholdere bruges som backup.

I oktober 2010, et nyt system, kaldet Sabatier, blev installeret på ISS. Det tager kuldioxid (CO 2 ), der fjernes af CDRA, kombinerer den med hydrogengassen (H 2 ) genereret af det russiske Elektron og U.S. Environmental Control and Life Support System (ECLSS) vandelektrolysesystemer, og danner flydende vand (H 2 O) og metangas (CH 4 ). Metanen ventileres ud i det ydre rum.

I fremtiden, NASA -forskere håber at skabe ilt og eliminere kuldioxid ombord på rumfartøjer og rumkolonier naturligt ved at dyrke planter. Planterne ville ikke kun levere åndbar luft, men også mad til astronauterne. For mere pladsrelateret information, se linkene på den følgende side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

  • Sådan fungerer rumstationer
  • Sådan fungerer ubåde
  • Sådan fungerer rumdragter
  • Sådan fungerer rumfærger
  • Hvordan Project Mercury fungerede
  • Sådan fungerede Gemini -rumfartøjet
  • Sådan fungerede rumfartøjet Apollo
  • Sådan fungerer Scuba

Kilder

  • American Chemistry Council, "Natriumchlorat:Tilvejebringelse af nødoxygen" januar 2007. http://www.americanchemistry.com/s_chlorine/science_sec.asp?CID=1708&DID=6370&CTYPEID=113
  • Kuldioxidkontrol:Molekylære sigter http://settlement.arc.nasa.gov/teacher/course/zeolite.html
  • Knox, J, Howard, D, "Rydning af luften:Livsstøtte til rumforskning" http://www.comsol.com/stories/nasa_life_support/full/
  • Launius, RD, "Rumstationer:Base Camps to the Stars" Smithsonian Books, Washington, DC, 2003
  • Referencevejledning til ISS http://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/ISS_Reference_Guide.html
  • NASA Science News, "Let vejrtrækning på rumstationen" http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast13nov_1/