Глава 2

2.1 Необходимые количества кислорода и воды

Оценим необходимое количество кислорода и воды в сутки обитателю лунной базы.

Физиологи подсчитали, что в состоянии так называемого «основного обмена», т. е. при полном покое, при расслаблении мышцы, при максимально возможном отключении внешних раздражителей и в соответствующих температурных условиях человек потребляет в одни сутки приблизительно 500 граммов кислорода.

Известно, что для одного человека на космическом корабле в течение одних суток требуется минимум около 700 граммов продуктов питания, 2,5 литра питьевой воды и около 5,5 литров санитарно-бытовой воды [2].

2.2 Искусственная газовая атмосфера

Нормальная жизнедеятельность и работоспособность человека в условиях космического полета обеспечиваются благодаря использованию герметических кабин регенерационного типа, в которых до полета или во время полета устанавливается, а затем на протяжении всего полета поддерживается искусственная газовая атмосфера (ИГА). По химическому составу ИГА может состоять только из одного газа (О₂), двух газов – О₂ и какого-либо биологически индифферентного газа, или, наконец, в ее состав, помимо О₂, могут входить несколько индифферентных газов (Н₂, Не, Ne, Аг N₂). Отечественные исследователи избрали ИГА, близкую по основным параметрам (давлению и газовому составу) к нормальной земной атмосфере, и тем самым создали для космонавтов при нормальных режимах полета достаточно хорошие условия обитания.

В условиях космического полета, когда размеры станции не велики, разницей веса азота и более легких газов: водорода или гелия, составляющих ИГА можно пренебречь, но для существования лунной базы, по нашим оценкам имеющей объемы порядка 15625 куб. метров это становится существенным. Из литературы известно, что пребывание в гелиокислородной среде в течение нескольких месяцев, не вызывает у испытуемых сколько-нибудь существенных изменений самочувствия и не оказывает неблагоприятного влияния на обмен веществ, дыхание, кровообращение и центральную нервную систему. Достоинством использования гелия, как второго компонента атмосферы может являться и тот факт, что атомы гелия устойчивы к действию различных видов радиации. Эксперименты по изучению барометрического давления ИГА показали, что давление порядка 300 мм.рт.ст. может считаться оптимальным, поскольку оно еще достаточно высокое (соответствует высоте 7000 м), но позволяет обеспечивать герметичность на базе с технической точки зрения проще, чем при нормальном давлении, кроме того удобно в случае необходимости использования скафандров с низким давлением [6].

Исходя из приведенных литературных данных рассчитываем состав ИГА для лунной базы из двух компонентов кислорода (парциальное давление 200 мм. рт.ст.) и гелия (100 мм.рт.ст), при этом мольное соотношение кислорода и гелия 2:1. При объеме базы 15625 куб. метров, для заполнения ее кислородом, потребуется 10417 куб.метров кислорода, это составляет 465045 моль или 14881 кг, а гелия 930 кг. [2]

2.2 Получение кислорода из грунта

Лунный грунт был доставлен на Землю американскими астронавтами и советскими автоматическими станциями и хорошо изучен. Результаты лабораторных анализов образцов лунного грунта показали, что, он состоит в основном из оксидов, причем наиболее распространенным является диоксид кремния (SiO₂). Также здесь присутствуют в больших количествах оксиды кальция (CaO), железа (FeO) и магния (MgO). [3]

Массовая доля кислорода в грунте составляет примерно 40%.

В литературе предложены разнообразные методы химического извлечения кислорода из реголита в виде газа кислорода или воды. Приведем некоторые из них:

1.Циклический процесс восстановления оксидов и силикатов метаном.

2.Вакуумный пиролиз.

3. Восстановление оксидов угарным газом.

4.Электролиз расплава лунного грунта при температуре 1500^оС

Подробнее остановимся на первых двух методах.