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Comment l'air respirable est-il renouvelé sur l'ISS?

Comment l'air respirable est-il renouvelé sur l'ISS?


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Depuis 2000, il y a eu au moins un humain vivant et respirant à l'extérieur de la basse atmosphère terrestre en orbite autour de la Station spatiale internationale (ISS).

La station spatiale est équipée de tout ce dont les astronautes et les cosmonautes ont besoin pour vivre: nourriture, eau et air. La nourriture est livrée régulièrement lors de missions de réapprovisionnement. Cependant, en ce qui concerne l'eau et l'air, la station spatiale est complètement autonome.

Alors que nous avons le luxe de photosynthétiser des plantes qui nous fournissent de l'oxygène, ceux qui se trouvent à bord de l'ISS doivent compter sur d'autres moyens pour rester en vie et respirer.

Alors d'où vient tout l'oxygène?

Comment la station spatiale produit-elle de l'oxygène?

Avant le lancement de la Station spatiale internationale, nous avions déjà perfectionné les méthodes de création d'oxygène dans le vide pendant de longues périodes. Eh bien, pas à des centaines de kilomètres au-dessus de la terre pour être exact, c'était plutôt profondément sous la surface de l'océan - à l'intérieur de sous-marins.

Les sous-marins n'ont pas besoin de remonter à la surface pour se réapprovisionner en oxygène. Souvent, ils ne le peuvent pas parce qu'ils sont sous la glace, car le surfaçage compromettrait leur opération autrement secrète. Cela signifie que les sous-marins doivent depuis longtemps créer leurs propres réserves d'oxygène interne. Eh bien, pas exactement «créer» mais plutôt «recycler».

Les principaux systèmes utilisés à bord de l'ISS sont presque identiques à ceux des sous-marins.

Le système d'oxygène et d'eau de la station spatiale se compose de deux éléments principaux: le système de récupération de l'eau, ou WRS, et le système de génération d'oxygène, ou OGS. Chacun dépend de l'autre pour fonctionner correctement.

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Le WRS recueille l'eau de l'urine, de l'humidité et de la condensation, qui est ensuite purifiée selon les normes de potabilité. Mais cela ne représente qu'une partie de l'eau à bord de l'ISS. De l'eau est également continuellement expédiée de la terre à la station pour s'assurer qu'il y a suffisamment d'eau «fraîche» mélangée pour l'équipage.

L'eau restante est utilisée pour créer de l'oxygène à bord de la station spatiale. L'OGS, un système conçu par la NASA, et le système russe Elektron qui l'accompagne utilisent le processus d'électrolyse pour diviser l'eau en ses composants élémentaires: l'hydrogène et l'oxygène

L'électrolyse consiste à faire passer un courant électrique à travers l'eau d'une anode à une cathode, ce qui génère suffisamment d'énergie pour séparer les atomes. Le résultat est la formation d'hydrogène gazeux, H2et oxygène gazeux, O2.

L'électricité nécessaire à cette réaction chimique et la majeure partie de l'électricité utilisée à bord de l'ISS proviennent de panneaux solaires à l'extérieur de la station.

Chimiquement, l'électrolyse est similaire à la réaction de photosynthèse chez les plantes.

Maintenant, vous vous demandez peut-être ce qui arrive à tout cet hydrogène gazeux créé par la réaction de division de l'eau? Eh bien, il est réinjecté dans quelque chose appelé le système Sabatier à bord de l'ISS. Ce système combine l'hydrogène résiduel avec le dioxyde de carbone résiduel provenant de la respiration de l'équipage pour créer de l'eau et du méthane par une réaction exothermique. La formule ressemble à ceci:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + chaleur

La prochaine question que vous vous posez peut-être est ce qui arrive au méthane et à la chaleur maintenant que nous avons produit de l’eau? Eh bien, le méthane est évacué dans l'espace et la chaleur est gérée par des échangeurs de chaleur.

Alors récapitulons. Les étapes nécessaires pour générer et maintenir l'oxygène dans l'espace sont les suivantes:

  1. L'eau est récupérée de la station spatiale à l'aide du système de récupération de l'eau.
  2. Une partie de cette eau est utilisée pour créer de l'hydrogène gazeux et de l'oxygène gazeux grâce au processus d'électrolyse.
  3. L'hydrogène gazeux est ensuite introduit dans le système Sabatier, qui le reconvertit en eau en utilisant l'excès de CO2 généré dans la station.
  4. Les sous-produits du système Sabatier sont évacués dans l'espace.

Alors que la génération d'oxygène peut sembler simple sur papier, elle nécessite une technologie plutôt sophistiquée pour se déplacer à des centaines de kilomètres au-dessus de la terre.

L'ISS et ses systèmes de génération d'oxygène ont été conçus pour pouvoir accueillir un équipage de 7 personnes au maximum. Cependant, la station est rarement dotée d'un personnel à ce niveau.

Les méthodes de secours pour générer de l'oxygène

Les systèmes spatiaux de haute technologie ne sont rien sinon redondants. Donc, juste au cas où les principaux processus que l'ISS utilise pour générer de l'oxygène échouent, il existe de nombreux systèmes de secours. Au cas où.

L'ISS reçoit régulièrement des envois d'oxygène de la terre dans des réservoirs pressurisés montés à l'extérieur du sas de la station. Celles-ci ne suffisent pas pour alimenter la station pendant une période prolongée, mais elles suffisent pour compléter en permanence le réservoir, car il y a des fuites occasionnelles.

L'autre sauvegarde est un générateur d'oxygène à combustible solide (SFOG) développé par l'Agence spatiale russe, initialement pour la station spatiale Mir, qui n'est plus opérationnelle. (Note latérale historique: le déclassement de Mir était une affaire plutôt théâtrale. La station spatiale a été intentionnellement écrasée dans un endroit très éloigné du Pacifique.

Mais revenons à la Station spatiale internationale.

Ce système russe est connu sous le nom de système Vika ou SFOG, et l'équipage essaie généralement d'éviter de l'utiliser.

Le système Vika fonctionne en exploitant des bidons de chlorate de sodium en poudre et de fer en poudre. Les bidons sont enflammés et atteignent des températures allant jusqu'à 600 degrés Celsius (1112 degrés Fahrenheit), ce qui est suffisamment chaud pour que le chlorate de sodium se décompose en chlorure de sodium et oxygène gazeux.

Woo, oxygène gazeux, mission accomplie! Cependant, avoir des températures élevées, du feu et une énorme réserve d'oxygène gazeux dans l'espace juste à côté de l'autre n'est pas idéal dans l'espace - ou n'importe où d'ailleurs.

En 1997, l'un des bidons a pris feu à bord de la station Mir et a propagé le feu sur la cloison. Pas idéal. L'autre inconvénient du système Vika est qu'il ne produit pas autant d'oxygène.

Un kilogramme de matière produit 6,5 heures d'équipage d'oxygène. Ce n'est pas beaucoup, et cela signifie surtout que le système Vika est réservé aux urgences absolues et en tant que sauvegarde en cas d'une autre panne catastrophique à bord de l'ISS.

La station spatiale a une fuite

Maintenant que nous avons expliqué comment la station spatiale produit et maintient un approvisionnement régulier en oxygène, parlons des fuites de l'ISS.

Les fuites à bord de l'ISS ne sont pas rares. Il y a généralement toujours une petite fuite à bord étant donné qu'il s'agit d'un récipient sous pression géant dans le vide de l'espace. Récemment, cependant, les fuites sont devenues un peu plus graves. En août 2020, au moment d'écrire ces lignes, les fuites sont devenues si graves que l'équipage de trois membres de l'ISS a dû se boucler dans une capsule d'évacuation afin que les équipes au sol puissent essayer d'enquêter sur l'origine de la fuite.

Notamment, les équipages de la NASA ont souligné que la fuite ne constituait pas une menace sérieuse pour les astronautes, mais la situation, malgré tout, est un peu effrayante.

Les équipes au sol surveillent de près tous les compartiments de la station spatiale pour déterminer d'où vient exactement la fuite.

Trouver des fuites dans un réservoir sous pression géant avec un grand nombre de connexions externes et de trappes n'est pas facile. De petites fuites sont connues depuis un certain temps maintenant, mais leur emplacement exact reste à déterminer. La source peut être un petit raccord de tuyau niché dans un petit compartiment ou un joint torique sur une trappe. Les possibilités sont époustouflantes.

Pour l'instant, la situation semble encourageante alors que la NASA et les équipages s'efforcent de collecter plus de données sur la question. Cela ne veut pas dire, cependant, que d'autres fuites ne se produiront pas à l'avenir. Garder l'ISS dans un air pur est une tâche difficile. Mais ensemble, la NASA et l'Agence spatiale russe font tout ce qui est en leur pouvoir pour que leurs équipages restent en sécurité et respirent tranquillement alors qu'ils gravitent autour de la Terre pendant des mois.


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