Зачем на МКС нужна сверхкритическая вода?

Корабли в море, космонавты в космосе и многие другие хотели бы научиться утилизировать отходы прямо на борту, вот только сделать это по-бытовому просто и без опасных побочных продуктов пока не удавалось. Впрочем, надежда есть.

Группа учёных во главе с Майком Хиксом (Mike Hicks) из Исследовательского центра имени Дж. Г. Гленна намерена использовать для ликвидации отходов жизнедеятельности космонавтов обычную воду. Хотя, если разобраться, обычного в этой воде настолько мало, что иногда в ней даже вспыхивают языки пламени.


По мере нагревания воды и её приближения к сверхкритическому состоянию граница раздела жидкой и газообразной фаз исчезает. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Вы уже поняли: речь идёт о воде в сверхкритическом состоянии, то есть нагретой выше 373 °С и находящейся под давлением, превышающим 217 атм. Хотя по плотности и другим параметрам это именно что жидкая вода, её диффузные параметры близки к таковым у водяного пара, причём эта субстанция, вступая в контакт с органикой и углеводородами, просто разрывает их химические связи и сводит все имеющиеся соединения к той же воде и углекислому газу, без каких-либо побочных продуктов горения.

Соли, а как же соли? Верно, они выпадают, и если это произойдёт на стенках реактора, то он вскоре снизит свою эффективность. С другой стороны, сверхкритическая вода отлично растворяет — несравнимо лучше обычной, а потому вполне может быть, что проблема имеет решение.

Чтобы проверить, насколько такие процессы могут иметь место при микрогравитации, НАСА собирается отправить опытный образец такого реактора на МКС — дабы понять, каковы практические перспективы утилизации многочисленных тамошних органических отходов прямо на месте.



Преимуществ у такого подхода предостаточно. Мы ведь и на Земле часто не можем справиться с загрязнениями, как с собственно нечистотами, так и с веществами, содержащими определённую долю углеводородов. Лучше всего в этом смысле известны льяльные воды морских кораблей — загрязнённые нефтепродуктами воды, выбросы которых могут привести к серьёзному ущербу для здоровья десятков тысяч человек, а то и к гибели людей. Быстро и эффективно ликвидировать их не получается, так как углеводороды непросто сепарировать или оперативно и безопасно уничтожить, особенно в смеси с водой.


Сегодняшние методы очистки сточных вод метантенком и аэрацией, увы, не дают стопроцентной чистоты на выходе и требуют времени и внутренних объёмов, просто несовместимых с ограничениями космической станции или морского судна.

А вот применение здесь сверхкритической воды открывает принципиально иные перспективы. Первичной целью американского аэрокосмического ведомства остаётся именно утилизация органических отходов. Соли в их составе занимают совершенно ничтожную весовую долю, которую в случае чего можно сбросить в космос. Сегодня отходы жизнедеятельности космонавтов приходится хранить в контейнерах и в лучшем случае возить на Землю, делая их буквально золотыми. Что ещё интереснее: после обработки сверхкритической водой обычную воду и углекислый газ, получающиеся в ходе такого процесса, можно было бы использовать для обеспечения МКС, сегодня опять же получающей воду и углекислоту в посылках «с родины».

Полное использование отходов на месте снизило бы эксплуатационные расходы как самой МКС, так и любой орбитальной станции или космического поселения в будущем, что особенно важно в чуть более дальнем космосе (скажем, на Луне) и в совсем уж удалённых местах (вроде Марса).

Разумеется, весьма небезынтересно внедрение подобной технологии и на Земле, но, как подсказывает опыт, случится это, скорее всего, лишь после дебюта в космосе — подобно тому как некогда было с термобельём и огнестойкой тканью. Пока испытания на МКС, предусматривающие пять последовательных экспериментов, идут вполне успешно, и процесс, по мнению разработчиков системы, может быть довольно быстро адаптирован под земные нужды.

Подготовлено по материалам НАСА.