Система очистки воздуха для космических полетов

Долговременное сотрудничество компании Airbus Defence and Space и швейцарского производителя мембранных насосов предполагало, что на борту беспилотного грузового космического корабля будут установлены гидравлические насосы именно этого производителя. Насосы используются в новой установке для очистки воздуха "Life Support Rack" (LSR) для Международной космической станции.

Компания KNF Flodos, входящая в состав KNF Group, специализируется на мембранных жидкостных насосах. Насосы этой компании устанавливались на борту беспилотного космического корабля HTV-7, запущенного в Японии в сентябре. Направленный на Международную космическую станцию корабль с жизненно важным грузом на борту совершил успешную стыковку к МКС спустя три дня.

 

Полезная нагрузка была крайне ценной, поскольку в ней содержались первые жидкостные насосы от компании KNF для работы в космосе, которые теперь стали частью новой системы очистки воздуха LSR для МКС. Также известная как усовершенствованная замкнутая система жизнеобеспечения "Advanced Closed Loop System" (ACLS), эта система, разработанная компанией Airbus Defence and Space для Европейского космического агентства, очищает воздух и производит кислород для МКС. Система перерабатывает углекислый газ на МКС в кислород. В прошлом кислород получали с помощью электролиза воды, которую доставляли с Земли, что накладывало определенные ограничения и увеличивало стоимость проекта. Согласно заявлениям Европейского космического агентства, новая система ACLS станет частью системы жизнеобеспечения и будет производить кислород для трех астронавтов.

 

Роль компании KNF

 

Компания Airbus постоянно проводит испытания газовых и жидкостных насосов KNF для различных проектов. Как правило, отбирается насос из стандартной линейки продуктов и начинаются первые испытания. Как только в компании Airbus определяются с более конкретными требованиями, проводится подробное обсуждение и на основе этой информации создается насос для определенного проекта.

 

Первые насосы для ACLS были созданы в 2012 году, а после этого инженеры компании KNF Flodos в Швейцарии четыре года работали со специалистами Airbus над конструкцией насоса на основе дозировочного насоса FEM 1.09 от компании KNF.

 

В течение этого четырехлетнего периода инженеры из KNF кропотливо вносили изменения в конструкцию согласно требованиям компании Airbus. Подробные описания, предоставленные компанией Airbus, позволили KNF вплотную приблизиться к окончательному варианту, когда были представлены первые образцы. Найти подходящий двигатель оказалось сложнее, однако компания KNF сотрудничала со швейцарским разработчиком и производителем щеточных и бесщеточных электрических серводвигателей постоянного тока, компанией Maxon Motor AG, которая сумела предложить приемлемое решение. После создания первой модели полета компании KNF оставалось лишь внести небольшие изменения.

 

Дозировочный насос FEM 1.09 от KNF был выбран потому, что он специально разработан для перекачивания как газов, так и жидкостей. В данном случае предстояло работать с высоким давлением воздуха, а также справляться с пузырьками воздуха и давлением жидкости до 1,6 бар. В компании заявляют, что насос прослужит около 10 лет, будет потреблять минимум энергии и будет отличаться очень компактным размером, что характерно для данной технологии.

Первые жидкостные насосы от компании KNF теперь стали частью новой системы очистки воздуха "Life Support Rack" для МКС. Изображение предоставлено НАСА.

 

Новая система ACLS была установлена в модуле "Дестини" астронавтом из Европейского космического агентства и командиром МКС Александром Герстом 2 ноября 2018 года.

Дозировочный насос FEM 1.09 от KNF рассчитан на перекачивание как газов, так и жидкостей.

 

Старший инженер компании KNF Flodos в Швейцарии заявил, что это была уникальная и воодушевляющая возможность для команды инженеров. Новый насос от KNF, рассчитанный на работу в космосе, отличается некоторыми изменениями внешней конструкции, включая корпус из нержавеющей стали, шарикоподшипники, пригодные для работы в вакууме, арматуру из нержавеющей стали для установки соединений для текучих сред и монтажа специального приводного двигателя (такие операции должны выполняться в течение короткого промежутка времени).

 

В данной ситуации надежность является важнейшим фактором, поскольку выполнение технического обслуживания крайне затруднено. Насос должен постоянно работать в особых условиях, а именно в невесомости и в любом положении. Компания KNF выполнила эти требования, предоставив надежные насосы, не нуждающиеся в техническом обслуживании.

 

Данный проект также входил в программу компании Airbus, в рамках которой зарекомендовавшие себя компоненты, доступные на широком коммерческом рынке, используются для снижения стоимости космического полета. Старший инженер компании KNF Flodos говорит: "Исполнение требований программы оказалось интересной и непростой задачей. Нам нужно было сохранить основные компоненты стандартного насоса FEM 1.09, чтобы быть уверенными в его надежности и характеристиках, но при этом внести серьезные изменения в конструкцию".

 

Изготовление небольшой парии очень специфических изделий со всей соответствующей документацией потребовало от компании KNF большой гибкости и профессионализма, однако представитель компании заявил, что для них было честью принять участие в таком масштабном проекте и продемонстрировать свои инженерно-технические навыки.

 

Насосы в космосе

 

Два насоса от KNF образуют часть электролизера, производящего кислород и водород из воды. Привод, расположенный в корпусе насоса заставляет соединительный стержень колебаться, а мембрану - подниматься и опускаться. При движении вниз мембрана всасывает среду через впускной клапан. При движении вверх она выталкивает среду через выпускной клапан. Мембрана герметично изолирует компрессионную камеру от приводного механизма. Насос перемещает, откачивает и сжимает среды без каких-либо загрязнений.

 

Насос перекачивает воду из пластикового пакета в систему ACLS, что крайне важно, поскольку производимый кислород используется для пополнения запасов воздуха в кабине. В системе ACLS используется реактор Сабатье, чтобы дополнительно повысить эффективность и снизить потребление воды на станции. В НАСА также используют реактор Сабатье для производства воды из выдыхаемого углекислого газа и водорода, полученного в процессе электролиза на Международной космической станции, который больше не нужен.

 

Новая система ACLS была установлена в модуле "Дестини" (также известном как лаборатория США) астронавтом из Европейского космического агентства и командиром МКС Александром Герстом 2 ноября 2018 года. Данная технология лежит в основе системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом, необходимой для полетов человека в космос за пределы орбиты Земли.

 

В Европейском космическом агентстве заявляют, что эта система является огромным шагом для комических полетов с человеком на борту и что автономные системы жизнеобеспечения необходимы для более продолжительных миссий. Аппаратное обеспечения системы ACLS входит в задачи Европейского космического агентства по созданию не просто замкнутой системы жизнеобеспечения, а системы для производства воды и пищи, благодаря которой астронавты смогут оставаться в космосе неограниченные периоды времени без дорогостоящих поставок с Земли.

 

www.knf.com