Холод на космических объектах

При продолжительном хранении продуктов питания необходимость в холодильнике возникает не только в обычных квартирах и на транспорте, но и в космосе. На космические корабли устанавливают специальные холодильники, принцип действия которых, как у земных термоэлектрических моделей. Чтобы понизить температуру в холодильной камере, нужно избыточное тепло отвести в космическое пространство. Теплообменник, аналог земному конденсатору, размещают снаружи на теневой стенке корабля. Но тепло от теплообменника отводится не за счет охлаждения его воздухом, а за счет излучения.

Внутри космических объектов для передачи тепла и охлаждения используют тепловые трубы. Электрическую энергию для приборов вырабатывают солнечные батареи. Для хранения скоропортящихся продуктов предназначены холодильные и морозильные камеры. В холодильных камерах хранят холодные каши и салаты, в морозильных разнообразные замороженные продукты и готовые блюда. Для космических полетов разработаны технологии размораживания, насыщения водой, разогрева и тепловой обработки продуктов. Чтобы можно было разогреть готовый обед, предусмотрена миниатюрная кухня.

Для сублимированных продуктов длительного хранения в жилом отсеке космического объекта имеются теплоизолированные шкафы. При краткосрочных полетах космонавты питаются сублимированными продуктами. Продукты готовы к употреблению в пищу прямо из космической упаковки или после минимальной подготовки (насыщения водой и подогрева). Сублимированные продукты могут храниться не посредственно в кабине корабля при температурах от +20 до +25°С. Срок хранения от 1 года до 3 лет. Хлеб, поставляемый на МКС, при указанных условиях может храниться до 1 года.

Для длительных полетов продолжительностью более года разрабатываются другие рационы питания космонавтов. В длительных полетах к планетам солнечной системы предполагается использовать натуральные свежие продукты. Разнообразные продукты питания потребуют специфических условий хранения. На межпланетных кораблях будут выращивать редис, перцы, томаты, горох и другие овощи. Применение холодильной техники на космических объектах не ограничивается холодильниками для хранения продуктов питания. Холодильную технику используют, чтобы обеспечить нормальные условия жизни космонавтов, для научных и технологических целей.

Когда одна сторона корабля раскалена солнечными лучами, а на другой снаружи вечный холод и температура -273°С, в жилых отсеках поддерживаются комфортные условия для проживания людей. Холодильные установки контролируют температуру воздуха. Холодильно-сушильные агрегаты контролируют влажность воздуха. Мощное холодильное оборудование устраняет перегрев в любом месте, где он может возникнуть.

Кроме систем поддержания жизнедеятельности персонала станции, холодильную технику используют также технологические и исследовательские модули. Например, холодильник «Криогем-03» использовался для исследования цитотоксической активности изолированных лимфоцитов крови человека. Также мощные морозильные камеры, обеспечивающие температуру до -80°C были использованы для заморозки и последующей отправки на Землю культур, выращенных непосредственно в условиях невесомости. На МКС присутствует холодильное оборудование не только российского производства, но и зарубежные холодильники ARCTIC (используется для экспериментов с диапазоном температур от -22 до +4°C), RFR — система десяти охлаждаемых модулей для различных экспериментов, а BTR — холодильник, предназначенный исключительно для биотехнологических разработок, поддерживающий температуру от -12 до +4°C, криогенная установка Glacier (полное наименование General Laboratory Active Cryogenic ISS Experiment Refrigerator), которая позволяет обеспечивать внутри температуру от +4 до -160°C, холодильник MELFI (полное наименование Minus Eighty-Degree Laboratory Freezer for ISS) и другие.

Космические условия помогают достичь максимально высокой степени очистки от примесей различных материалов и химических веществ. В космосе создают качественно новые металлы и сплавы, магнитные, композиционные и полупроводниковые материалы, оптические стекла и стекловолоконные световоды, керамику и медико-биологические препараты, с такими свойствами, которые невозможно получить на Земле.

С понижением температуры большинство металлов становится более износостойкими и прочными. Электрическое сопротивление металлов уменьшается пропорционально понижению температуры. При температуре кипения жидкого гелия, близкой к абсолютному нулю, электрическое сопротивление и теплопроводность чистых металлов снижаются до 0. Прочность меди становится в 2 раза выше, чем при комнатной температуре, сталей от 2,5 до 3 раз, алюминия в 6 раз. Сверхнизкие температуры помогают повысить режущие свойства и стойкость обрабатывающего инструмента.

В тоже время под воздействием нагрузок при низких температурах в металлах могут происходить структурные изменения, приводящие к разрушениям.

Космические технологии позволяют создавать материалы с заданными показателями прочности, пластичности и хрупкости, а также конструктивные формы изделий с минимальными внутренними напряжениями. Такие материалы и формы изделий нужны для создания машин с минимальной аварийностью и максимальной долговечностью. При длительных полетах за пределы солнечной системы ресурс жизненно важных агрегатов и систем должен составлять более 10 лет.

Короткий экскурс в космическую сферу показывает, какое применение холодильная техника находит в космосе. Холод на космических объектах помогает сохранять пищевые продукты, поддерживать комфортные температуры в жилых помещениях и очень низкие температуры в технологических отсеках. Космические условия помогают производить разнообразные технические материалы и изделия, а также медицинские препараты со специфическими качествами, недостижимыми в наше время при земных технологиях.

Автор: В.В. Пискунов