تويت
على الأرض، لدينا إمدادات مستمرة من الهواء النقي.
نحن نتنفس الأكسجين ونخرج ثاني أكسيد الكربون.
نحصل على هذه الغازات عن طريق إعادة تدويرها من قبل النباتات من خلال عملية التركيب الضوئي.
النباتات تأخذ ثاني أكسيد الكربون وتقوم بإنتاج الأكسجين.
إنها دورة رائعة على نطاق واسع.
ولكن ماذا يحدث في كابينة صغيرة ومحصورة في مركبة فضائية، مثل مكوك الفضاء أو محطات الفضاء؟
معظم المركبات الفضائية تحمل إمداداتها الخاصة من الأكسجين معها وقد يكون لها نظام احتياطي واحد.
ومع ذلك، فإن الكميات على هذه المركبات الفضائية تدوم لفترة قصيرة من أيام إلى أسبوعين.
وعلى النقيض من ذلك، تم تصميم محطة الفضاء الدولية (إيس) من أجل رحلات فضائية طويلة الأمد، وكانت موجودة في المدار منذ عام 1998.
فكيف يتم تصنيع الأكسجين على متن المحطة الفضائية الدولية؟ يتم معالجته بإحدى الطرق الثلاث، وذلك باستخدام مولدات الأكسجين، وخزانات الأوكسجين المضغوط أو مولدات الأكسجين الصلب (وتسمى أيضًا شموع الأكسجين).
ويتم إنجاز الطريقة الرئيسية من قِبل مولدات الأوكسجين: إلكترون روسي الصنع ونظام مراقبة البيئة الأمريكي ونظام دعم الحياة (إكلس).
يقع الإلكترون في وحدة الخدمة (زفيزدا) ويقع إكلس في وحدة مختبر ديستني – destiny.
هذه الأجهزة تنتج الأكسجين من الماء عن طريق عملية تسمى التحليل الكهربائي، خلالها يمر التيار الكهربائي من خلال الماء من القطب الموجب المشحون إيجابيًا والذي يسمى الأنود – anode إلى القطب المشحون بالشحنة السالبة والذي يسمى الكاثود- cathode.
هناك تركيز صغير من الملح في الماء لسير الكهرباء لأن الماء في حد ذاته هو موصل كهربائي ضعيف.
وفي هذه العملية، ينقسم الماء إلى غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين.
وإليك كيف تعمل العملية الكيمائية:
في الكاثود، يحدث نوع من التفاعل يسمى الاختزال.
الإلكترونات (e-) من الكاثود تتحد مع الماء (H2O) لإنتاج غاز الهيدروجين (H2) وأيونات الهيدروكسيد (OH-) :
(2H2O (l) + 2e- ————-> H2 (g) + 2 OH- (aq
في الأنود، يحدث نوع من التفاعل يسمى الأكسدة. حيث تتم إزالة الإلكترونات من الماء وتتدفق إلى الأنود.
إزالة الإلكترونات من الماء تنتج غاز الأكسجين (O2) وأيونات الهيدروجين (H+).
H+): 2H2O (l) ————-> O2 (g) + 4 e- + 4 H)
يتم توليد الكهرباء من قبل الألواح الشمسية للمحطة وتزويدها بمولدات الأكسجين من خلال شبكة الكهرباء في المحطة.
و يتم توصيل المياه إلى المحطة من سفن الإمداد من قبل بروجريس ومكاكيك الفضاء.
يتم أيضًا استصلاح المياه بواسطة المكثفات التي تزيل بخار الماء من هواء المقصورة (بخار الماء الخاص برواد الفضاء).
وأخيرًا، يمكن إعادة تدوير المياه من بول رواد الفضاء من قبل وحدة إكلس.
يتم تسريب غاز الهيدروجين الناتج من عملية التحليل الكهربائي في الفضاء ويتم ضخ غاز الأكسجين في هواء كابينة التحكم.
كما تعلمون الآن، يتم التعامل مع الأوكسجين على متن محطة الفضاء الدولية (إيس) في واحدة من ثلاث طرق، وذلك باستخدام مولدات الأكسجين، وخزانات الأوكسجين الضغط أو مولدات الأوكسجين الصلب.
تحدثنا عن الطريقة الأولى ( مولدات الأكسجين).
الآن، دعونا نتحدث عن الطريقتين الأخريين:
في الطريقة الثانية، لا يتم صنع الأكسجين، بل يتم تسليمه إلى محطة الفضاء الدولية من الأرض في خزانات.
عندما تذهب سفن الإمداد، ومركبات النقل الآلية الأوروبية، أو المكوكات الفضائية الأمريكية إلى المحطة، فإنها تضخ الأكسجين إلى خزانات مضغوطة في غرفة معادلة الضغط.
كما أنها تضخ غاز النيتروجين إلى خزانات مضغوطة أخرى في القضبان الهوائية.
وتقوم الضوابط الجوية للمحطة بجمع الغازات بالنسب الصحيحة بالضبط كالغلاف الجوي للأرض وضخ الخليط إلى الكابينة.
الطريقة الثالثة هي نظام النسخ الاحتياطي الذي يولد الأكسجين من خلال التفاعلات الكيميائية.
ويسمى هذا النظام مولد الأكسجين الصلب ويقع في وحدة خدمة المحطة (زفيزدا).
و يسمى أيضًا شموع الأكسجين أو شموع الكلورات، هذه الشموع عبارة عن عبوات تحتوي على خليط من مسحوق كلورات الصوديوم (NaClO3) ومسحوق الحديد (Fe).
عندما يتم اشتعال تلك الشموع، فإن الحديد يحترق عند 1112 درجة فهرنهايت (600 درجة مئوية)، وتلك هي الطاقة الحرارية اللازمة للتفاعل.
حيث تنقسم كلورات الصوديوم إلى كلوريد الصوديوم (ملح الطعام – NaCl) وغاز الأكسجين (O2).
يتحد بعض الأكسجين مع الحديد لتشكيل أكسيد الحديد (FeO):
(NaClO3 (s) + Fe (s) —-600°C—–> 3O2 (g) + NaCl (s) + FeO (s
هذه الشموع تزود الفريق بست ساعات ونصف من الأكسجين لكل كيلو جرام منها، ويُذكر أن المواصفات الروسية القياسية تفضل استخدام تلك الطريقة.
وفي المستقبل في المحطات الفضائية أو المستعمرات الفضائية ، يأمل علماء وكالة ناسا في توليد الأكسجين والقضاء على ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعي عن طريق زراعة النباتات.
وستوفر النباتات هواءً تنفسيًا وتكون مصدرًا غذائيًا لرواد الفضاء.
ومع ذلك، فإن أحد المشاكل التي يجب حلها هو كيفية زراعة أعداد كبيرة من النباتات في المساحات الصغيرة، حيث أن مساحة المعيشة على متن محطة فضائية محدودة.