Интенсификация физико-химических процессов СВЧ-энергией в регенерационной системе жизнеобеспечения экипажа космического корабля

Известно, что одним из ответственных этапов при реализации длительных космических полетов (включая и полет на Марс) является предстартовый период. В комплекс мероприятий в этот период входит и обеспечение инфекционной безопасности как основного и резервного экипажей, так и специалистов комплексной экспедиции, непосредственно контактирующих с членами экипажей

На космодроме "Байконур" совместно с НИИХИММАШ была смонтирована двухконтурная, опытная установка водоподготовки с СВЧ-стерилизацией и нагревом питьевой воды в устройстве с плоским каналом (см. рис. 11).

Рис. 11. Конструкция проходного СВЧ-устройства с плоским каналом: 1 - канал для прохода водной среды; 2 - волновод; 3 - запредельное устройство; 4 - штуцер. S - высота канала; L - ширина канала.

Процесс приготовления питьевой воды осуществлялся по следующей технологической схеме: водопроводная (хозяйственная) вода из магистрали подавалась в дистиллятор, из которого со скоростью 22-25 л/ч сливалась в накопительную емкость до заполнения; затем в накопительную емкость вводился раствор ионного серебра с учетом конечной концентрации 0,3-0,5 мг/л питьевой воды (первый контур); после этого в эту же емкость вводился минерализатор "Аквасоль" в виде рассола, предварительно доведенного до кипения в микроволновой печи "Электроника"; на заключительном этапе водоподготовки вода механически перемешивалась и выстаивалась, после чего переливалась в емкость, расположенную в холодильнике, и использовалась для питья как комнатной температуры, так и охлажденной.

Во втором контуре вода после дистиллятора также сливалась в накопительную емкость с добавлением "Аквасоли", но раствор ионного серебра вводился на порядок меньше, чем в первом контуре, из расчета 0,03-0,05 мг/л питьевой воды. После перемешивания и выстаивания питьевая вода дополнительно подвергалась СВЧ-воздействию в момент перекачки ее из накопительной емкости в емкость в холодильнике. В этом контуре могла использоваться как горячая вода, вода после теплообменника комнатной температуры, а также охлажденная из холодильника для питья и приготовления напитков.

Дополнительно во втором контуре были проведены исследования по СВЧ-обеззараживанию воды в потоке, контаминированной аналогом вирусной инфекции фагом mS-2. Отбор проб на анализ производился при постоянной температуре воды 80С.

Результаты анализов, проведенных Центральной научно-исследовательской лабораторией лечебно-оздоровительного объединения при кабинете министров СССР, показали высокую эпидемиологическую безопасность питьевой воды по вирусному компоненту биологического фактора.

Решением Межведомственной Государственной комиссии приготовленная в установке питьевая вода была рекомендована для употребления в предстартовый период основным и резервным экипажами экспедиций на орбитальный комплекс "МИР" с ЭО-7 по ЭО-15, включая космонавтов из Японии, Англии, Франции.

В главе 4 дана оценка схемы совместной работы узлов и блоков регенерационной физико-химической системы жизнеобеспечения с использованием СВЧ-энергии.

Рассмотрен вариант системы, содержащей в общем виде жилой отсек, систему очистки от диоксида углерода и вредных микропримесей, концентратор диоксида углерода, систему переработки диоксида углерода и водорода, блок электролитического разложения воды, систему регенерации твердых и жидких отходов, сборник питьевой воды, сборник метаболической воды и сборник отходов (Гришаенков Б.Г., 1975).

Общими с функционирующей на МКС СЖО являются практически все узлы и блоки системы за исключением системы переработки диоксида углерода и водорода и концентратора диоксида углерода. Из этого следует, что для создания варианта максимально замкнутой СЖО необходимо разработать недостающие звенья этой системы.

В такую систему для согласования взаимодействия материальных потоков между блоком электролитического разложения воды и системой переработки диоксида углерода и водорода дополнительно введен аккумулятор водорода. Такая компоновка узлов и блоков позволяет в необходимый для этого момент времени направить диоксид углерода и водород в систему их переработки с целью получения воды.

Другой вариант системы предусматривает использование для переработки диоксида углерода и водорода двухстадийный процесс Боша по разрядно-каталитической схеме. Для реализации первой стадии (гидрирования диоксида углерода) используется тлеющий или комбинированный разряд. В зависимости от условий жизнедеятельности и количества членов экипажа может использоваться либо тлеющий разряд, либо его комбинация с СВЧ-разрядом. Во второй стадии с получением углерода может применяться железо-кобальтовый катализатор. Поддержание температуры катализатора (400-500^оС) предлагается осуществлять потоком нагретых в первой стадии смеси газов.

К неудобствам этого двухстадийного процесса относится строгое соблюдение состава исходных газов - диоксида углерода и водорода. Они не должны содержать инертных примесей; мольное соотношение водорода к диоксиду углерода должно отвечать стехиометрии итогового уравнения, т.е. V_H/V_CO=2.

Нарушение любого из этих условий приведет к накоплению в циркуляционном контуре инертного газа или одной из компонент (диоксида углерода или водорода), в результате чего производительность будет непрерывно уменьшаться и, в конечном итоге, упадет до нуля.

Еще одной проблемой данного процесса является удаление образующегося углерода из замкнутой циркуляционной газовой системы, что сводит до минимума использование его в реальной системе.

Этот вариант системы не исключает проведение только стадии гидрирования диоксида углерода с удалением за борт КК оксида углерода и водорода. В следующем варианте системы предлагается исключить вторую стадию с образованием углерода и ограничиться первой стадией процесса Боша - гидрированием диоксида углерода. Блок-схема системы показана на рис. 12.

Схема этого варианта системы состоит из следующих основных узлов и блоков: электролизера; аккумулятора водорода; плазмотрона для переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ- и тлеющем разряде (стадия гидрирования); дожигателя оксида углерода на палладиевом катализаторе; поглотителя водорода из газовой смеси. В этой блок-схеме предполагается дополнительно использовать систему резервирования кислорода, которая условно обозначена в этой схеме как адсорбер кислорода (Смирнов И.А. и др., 2008). В целом эта система состоит из электрохимического генератора и батареи аппаратов - адсорбционных аккумуляторов кислорода.

Рис. 12. Блок-схема системы с гидрированием диоксида углерода и дожиганием оксида углерода (остальные узлы и блоки системы жизнеобеспечения условно не показаны)

В этой системе кислород получают от электрохимического генератора, после которого основная часть кислорода поступает в жилой отсек, а неиспользованная часть подается в адсорбционный аккумулятор кислорода, заполненный специальным поглотителем. Кислород при этом аккумулируется с небольшим избыточным давлением и в количестве, значительно большем, чем в баллоне под давлением. Учитывая, что в предлагаемом варианте системы уже присутствует электролизер, представляется целесообразным от системы получения и резервирования кислорода использовать только адсорбционный аккумулятор кислорода.

Процесс переработки диоксида углерода и водорода по предлагаемой блок- схеме осуществляется в два этапа. Первый этап включает в себя процесс аккумулирования водорода, концентрирования диоксида углерода и аккумулирования кислорода соответствующими узлами и блоками. Второй этап обеспечивает переработку диоксида углерода и водорода по проточной схеме с дожиганием образовавшегося оксида углерода на палладиевом катализаторе.

Второй этап проводится в следующей последовательности: вначале электрическая энергия подводится к аккумулятору водорода для нагрева, а после этого переключается к СВЧ-генератору для нагрева адсорбента в концентраторе диоксида углерода; по достижении давления в этих блоках в несколько атмосфер, диоксид углерода из концентратора и водород из аккумулятора в соотношении 1:2 соответственно подаются в плазмотрон для их переработки в комбинированном тлеющем и СВЧ-разряде, при этом электрическая энергия переключается уже к блокам питания СВЧ-генератора плазмотрона и тлеющего разряда; после конденсации и отделения воды газовая смесь, содержащая непрореагировавшие диоксид углерода и водород, а также оксид углерода и избыточный водород, поступает в дожигатель оксида углерода; в это же время из адсорбера кислорода в дожигатель оксида углерода направляется недостающий кислород для окисления оксида углерода до диоксида углерода; на заключительном этапе смесь диоксида углерода и водорода проходит через поглотитель водорода, после которого диоксид углерода возвращается в систему очистки от микропримесей и диоксида углерода, а водород после нагрева своего поглотителя возвращается в аккумулятор водорода.

В численном выражении при температуре переработки диоксида углерода и водорода ~ 1200^оС степень превращения диоксида углерода составляет 80,0% (см. рис. 1) при объеме диоксида углерода 15,0 л, водорода 30,0 л и газовых продуктов реакции и непрореагировавших газов 33,0 л.

Итак, на вход дожигателя оксида углерода поступает смесь газов или 12,0+3,0+18,0=33,0 л. Отдельно в дожигатель направляется кислород объемом = 6,0 л.

В результате реакции окисления образуется диоксид углерода в количестве 12,0 л плюс диоксид углерода непрореагировавший = 3,0 л. Итого: 12,0+3,0=15,0 л.

После дожигателя оксида углерода смесь диоксида углерода (15,0 л) и непрореагировавшего водорода (18,0 л) поступает в поглотитель водорода, после которого диоксид углерода направляется в систему очистки от микропримесей и диоксида углерода, а поглощенный водород - в аккумулятор водорода. Затем наступает пауза в работе системы до полного насыщения концентратора диоксида углерода и цикл повторяется. В промежутках между циклами СВЧ-энергия используется, например, для обеззараживания и нагрева воды.

Таким образом, предложенный вариант системы позволяет не только вернуть в цикл диоксид углерода и водород, но и удалять их за борт при необходимости, направлять диоксид углерода в оранжерею для питания растений, а также использовать продукты реакции гидрирования для химического синтеза пищи.

В Заключении приведено обсуждение результатов экспериментальных исследований и сформулированы выводы.

Реализация цели исследований предполагает создание и разработку технологических основ для формирования СОГС и СРВ с использованием СВЧ-энергии как составной части варианта СЖО нового поколения.

Анализ методов переработки диоксида углерода и водорода позволил сделать выбор в пользу проведения процесса Боша, т.к. в этом случае диоксид углерода и водород можно вернуть обратно в цикл. При этом в данном случае считается целесообразным ограничиться первой стадией процесса - гидрированием диоксида углерода, чтобы избежать второй стадии - образование углерода на катализаторе, удаление которого из газовой коммуникации представляет определенные неудобства, особенно в условиях невесомости.

Термодинамические расчеты показали, что процесс переработки диоксида углерода и водорода с высокой степенью превращения (не ниже 80,0%) может быть организован при температурах выше 1000С. Этот уровень температуры может быть достигнут применением тлеющего разряда как самостоятельного фактора воздействия, так и в комбинации с СВЧ-разрядом. При этом СВЧ-разряд является несамостоятельным и не может существовать отдельно без тлеющего разряда при малых значениях подводимой СВЧ-мощности 0,8 кВт из-за высокого содержания водорода (66,6%) в смеси с диоксидом углерода.

Такая комбинация двух разрядов в едином устройстве позволила достигнуть максимальной степени превращения диоксида углерода 80,0% при расходе газовой смеси 45,0 л/мин и КПД ~ 76,0%. Комбинированный разряд формировался в едином волноводно-коаксиальном устройстве с подводом СВЧ-энергии к разрядной зоне с противоположных сторон.

Степень превращения диоксида углерода только в тлеющем разряде составила 83,3% при расходе газовой смеси 1.8 л/мин.

Таким образом, для интенсификации процесса переработки диоксида углерода и водорода в работе экспериментально обосновано применение безынерционного комбинированного СВЧ- и тлеющего разряда.

В результате выполнения экспериментальных исследований по разработке метода, устройства и технологии регенерации твердого сорбента диоксида углерода под действием СВЧ-энергии были получены данные о функционировании СВЧ-системы для нагрева цеолита в резонаторной камере.

При проведении исследований использовалась двухпатронная схема, включающая силикагель для поглощения влаги и цеолит для сорбции диоксида углерода. В этом случае силикагель практически полностью поглощал влагу, увеличивая количество поглощенного диоксида углерода цеолитом.

В результате нагрева силикагеля СВЧ-энергией из него выделилось ~ 96% воды, поглощенной из воздуха за время сорбции. Время проведения процесса нагрева составило 4 мин.

Представляется целесообразным в начальный период СВЧ-десорбции (0-2 мин) адсорбат с низким содержанием диоксида углерода (3%) подать в оранжерею для питания растений, а в дальнейшем - в концентратор диоксида углерода на основе адсорбента, который может иметь несколько ступеней концентрации диоксида углерода, вплоть до 99,9%. Нагрев концентратора диоксида углерода может быть осуществлен также с помощью СВЧ-энергии.

Из проведенного анализа экспериментальных исследований становится очевидным основное преимущество интенсификации процесса десорбции диоксида углерода из цеолита при СВЧ-нагреве - короткое время проведения процесса за счет объемного нагрева цеолита.

В результате выполнения экспериментальных исследований процесса десорбции диоксида углерода из ЖРП как тепловым, так и СВЧ-методом были получены данные по температурным показателям процесса, по величине затрачиваемой мощности и количеству выделившегося диоксида углерода. Для нагреве ЖРП в потоке использовалась двухкамерная компоновка волноводного тракта, включающая проходную камеру (десорбер) с плоским каналом и концевую согласованную нагрузку.

При нагреве ЖРП в потоке приращение подводимой СВЧ-мощности не приводит к увеличению температуры и поглощенной СВЧ-мощности, но увеличивает выход газа, что может свидетельствовать об интенсификации процесса кипения ЖРП. Интервал значения тока мегнетрона в 230-250 mA соответствует увеличению КСВН, характеризующему согласование СВЧ-генератора с десорбером выше допустимых по паспорту 3-х единиц. При этом КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую составляет 80% против 30-40% при тепловом нагреве ЖРП в потоке. Кроме того, время выхода теплового нагревателя системы ЦИКЛОН-4 на режим десорбции составляет 20-30 мин, а СВЧ-нагревателя при прочих равных условиях - 3-4 мин.

Поскольку производительность по диоксиду углерода (500 см³/мин), концентрация диоксида углерода в абсорбате ( 99%) и расход ЖРП (50 мл/мин) идентичны при тепловом и СВЧ-нагреве и обусловлены конструкцией системы ЦИКЛОН-4, то дальнейшая интенсификация этого процесса связана с оптимизацией ввода СВЧ-энергии в ЖРП и совершенствованием конструкции СВЧ-устройства, что и было впоследствии выполнено для нагрева воды.

Перспектива оснащения долговременных орбитальных комплексов и особенно межпланетных кораблей регенерационными СЖО, включающими СОГС и СРВ и состоящими из электрохимического генератора кислорода, концентратора диоксида углерода и системы переработки диоксида углерода и водорода, обуславливает необходимость разработки и создания узла, обеспечивающего формирование газовой смеси СО₂+2Н₂ и согласование этих систем по потоку этих газов.

Необходимость в подобных согласованиях систем особенно отчетливо проявляется в процессе проработки облика СОГС перспективных СЖО длительного функционирования как на околоземной орбите, так и вне ее.

Согласование режимов работы в этих комплексах электролизера и системы переработки диоксида углерода и водорода по потоку водорода можно осуществить, используя его обратимую сорбцию интерметаллидом. Применительно к СОГС существенно, чтобы сорбция водорода протекала при нормальных условиях и давлениях до 0,5 ати, а десорбция - при приемлемой (до 100С) величине температуры. Необходимая масса интерметаллида определяется его составом, объемом аккумулируемого водорода и продолжительностью цикла сорбции и десорбции.

Для этих целей был разработан и изготовлен интерметаллид LaNi₅ с легирующими добавками в виде Ce, Mn и Cu.

При исследованных давлениях водорода 0,1-0,3 ати скорость процесса сорбции максимальна в течение первых минут и резко уменьшается по мере перехода сплава в гидрид. Характер зависимостей - экспоненциальный. Снижение давления от 0,3 до 0,1 ати приводит к незначительному уменьшению количества поглощенного водорода.

Процесс десорбции водорода сопровождался электронагревом патрона с интерметаллидом до температуры 330С. Как известно, непосредственный нагрев интерметаллида СВЧ-энергией невозможен.

Этот состав интерметаллида оказался зажат марганцем и медью, что и привело к высокой температуре его диссоциации. Таким образом, выбором содержания легирующих элементов можно достичь температуры десорбции водорода ниже 100С.

Поскольку интерметаллид невозможно непосредственно нагревать СВЧ-энергией, то снижение температуры десорбции ниже 100С позволяет использовать опосредованный нагрев СВЧ-энергией. В качестве теплоносителя используется вода, хорошо поглощающая СВЧ-энергию и обладающая высокой теплопроводностью. Такой метод нагрева характеризуется малой инерционностью и возможностью оперативного управления процессом подачи водорода.

К наиболее важному процессу интенсификации применительно к СЖО следует отнести обеззараживание и нагрев воды в потоке.

Анализ методов обеззараживания и нагрева воды позволяет сделать выбор в пользу применения СВЧ-энергии как эффективного фактора воздействия на воду в потоке.

В существующих СВЧ-устройствах различной конструкции для нагрева воды в потоке как правило используются каналы цилиндрической формы. В таких каналах за счет изменения температуры воды СВЧ-энергия поглощается неравномерно, что приводит в итоге к снижению КПД, производительности, увеличению энергозатрат.

Подход к разработке новой формы канала состоит в обеспечении равенства глубины проникновения СВЧ-энергии в обрабатываемую воду. Как известно, с увеличением температуры воды ее диэлектрическая проницаемость уменьшается, следовательно, глубина проникновения СВЧ-энергии в воду увеличивается. Таким образом, с целью максимально возможного поглощения СВЧ-энергии и воздействия на микрофлору диаметр канала не должен быть постоянным.

Проведенный математический анализ показал, что канал для прохода воды в СВЧ-устройстве представляет собой постепенно расширяющееся тело вращения, образующей которого является экспоненциальная кривая. В результате расчетов были получены вероятные распределения удельных мощностей, эпюры скоростей потока воды по оси канала, распределение температуры воды в канале.

Экспоненциальный канал использовался в оконечном коаксиальном СВЧ-устройстве для обработки воды в потоке.

Естественно, что выявление преимуществ разработанного канала осуществлялось сравнением теплофизических характеристик процесса СВЧ-нагрева воды в устройствах с цилиндрическим и экспоненциальным каналом. Это сравнение показывает, что значение поглощенной водой СВЧ-мощности в экспоненциальном канале во всем интервале температур (80-50С) выравнивается по сравнению с цилиндрическим каналом.

Наиболее отчетливо разница в воздействии СВЧ-энергии проявляется при обеззараживании воды, контаминированной Pseudomonas aerugenosa. В этом случае температура гибели Pseudomonas aerugenosa в устройстве с экспоненциальным каналом на 5С ниже, чем с цилиндрическим, и составляет 60С.

Производительность в экспоненциальном канале в режиме стерилизации (60С) на 22,8% выше, чем в цилиндрическом канале (65С).

Удельные затраты энергии в экспоненциальном канале в режиме стерилизации на 23,1% ниже, чем в цилиндрическом, при одинаковом КПД (78%) преобразования СВЧ-энергии в тепловую.

Метод, устройство и технология СВЧ-обеззараживания и нагрева воды были использованы на космодроме БАЙКОНУР в доме комплексной экспедиции (площадка № 10) для приготовления воды в рамках комплекса мероприятий по обеспечению инфекционной безопасности основного и резервного экипажей, а также членов комплексной экспедиции, непосредственно контактирующих с экипажами в предстартовый период. Для этого была разработана и смонтирована опытная двухконтурная установка водоподготовки с СВЧ-стерилизацией воды.

В этом случае использовалось проходное СВЧ-устройство с плоским каналом, которое также превосходит устройство с цилиндрическим каналом по основным показателям (производительности, КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую, затратам энергии) в среднем в 1,2 раза. Помимо этого, сочетание СВЧ-энергии с наличием ионного серебра в воде в количестве 0,03-0,05 мг/л воды повышает надежность процесса обеззараживания воды.

Проведенные на этой установке исследования по обеззараживанию воды, контаминированной аналогом вирусной инфекции фагом mS-2, показали высокую эпидемиологическую безопасность питьевой воды по вирусному компоненту биологического фактора, что делает крайне заманчивым применение этого метода в районах с неблагоприятной эпидемиологической обстановкой.

Проведенные расчетные и экспериментальные исследования позволили провести оценку совместной работы узлов, входящих в СОГС и СРВ регенерационной физико-химической СЖО с использованием СВЧ-энергии.

Для полноты оценки предполагалось, что в рассматриваемых вариантах СЖО и СОГС кроме исследованных функционируют и недостающие узлы системы, такие, как концентратор диоксида углерода, дожигатель оксида углерода, поглотитель водорода, адсорбер кислорода.

Проведенный анализ экспериментальных исследований позволяет остановиться на проточном варианте переработки диоксида углерода и водорода с гидрированием диоксида углерода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (см. рис. 12). В этом случае образующийся оксид углерода может удаляться за борт КК вместе с водородом, либо после окисления до диоксида углерода направляться, например, в оранжерею для питания растений. Водород при этом целесообразно возвращать в цикл.

Логическим завершением регенерационной физико-химической системы может служить включение в нее звена химического синтеза пищи из продуктов переработки диоксида углерода и водорода и пр.

Учитывая безынерционность процесса подвода СВЧ-энергии в реакционные зоны, такая система может функционировать циклично, оставляя промежутки между циклами для реализации других процессов в СЖО.

Помимо разработанных методов, устройств и технологий в настоящей работе СВЧ-энергия может быть эффективно использована и в других процессах применительно к СЖО, а именно:

- для обеззараживания конденсата атмосферной влаги на входе в систему регенерации воды из конденсата атмосферной влаги;

- для нагрева рациона питания как в радиопрозрачной, так и в металлической упаковке;

- для стерилизации мелкого металлического медицинского инструмента;

- для нагрева воды в потоке при принятии водных процедур, душа;

- для образования пара в бане;

- для сушки фекальной массы с целью получения сухого порошкообразного остатка.

Кроме основного назначения для СЖО КК СВЧ-энергия может быть использована для интенсификации технологических процессов применительно к гипербарическим, подземным, наземным и другим специальным гермообъектам; в народном хозяйстве: в пищевой, медицинской и микробиологической промышленности для стерилизации пищевых жидкостей, вакцин, сывороток, жидких лекарственных препаратов и питательных сред; в системе МЧС.

Таким образом, на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать основное заключение о том, что СВЧ-энергия может быть эффективно использована для интенсификации физико-химических процессов в регенерационной системе жизнеобеспечения экипажа космического корабля.

Выводы

1. Обоснована эффективность применения СВЧ-энергии для интенсификации физико-химических процессов в регенерационной системе жизнеобеспечения. Показана необходимость интенсификации процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды, формирующих облик быстродействующей системы жизнеобеспечения нового поколения.

2. Составлено математическое описание динамики физико-химических процессов переработки диоксида углерода и водорода, регенерации твердого и жидкого сорбентов диоксида углерода и водорода, обеззараживания и нагрева воды. На основании термодинамических расчетов получены зависимости от температуры степени превращения диоксида углерода и основных продуктов реакции, составлено описание процесса нагрева и регенерации сорбентов диоксида углерода и водорода, с учетом электродинамики, термодинамики и гидродинамики разработана математическая модель канала СВЧ-устройства для обеззараживания и нагрева воды, подтверждающих эффективность использования СВЧ-энергии.

3. Разработан метод, устройство и технология плазмохимической переработки диоксида углерода и водорода в комбинированном СВЧ-и тлеющем разряде (первая стадия процесса Боша - гидрирование диоксида углерода). Сформирована низкотемпературная плазма при атмосферном давлении на смеси исходных реагентов в соотношении СО₂/Н₂ = 1/2 при суммарной подводимой в разряд мощности, не превышающей 1,0 кВт, при этом процесс переработки осуществляется со степенью превращения диоксида углерода 80,0% и расходе газовой смеси 45,0 л/мин.

4. Разработан метод, устройство и технология регенерации твердого и жидкого сорбента диоксида углерода под действием СВЧ-энергии. В этом случае объемный и быстрый нагрев твердого и жидкого сорбента осуществляется за счет диэлектрических свойств нагреваемой среды без участия механизма теплопроводности. При этом максимальная концентрация диоксида углерода в адсорбате составляет около 99% при существенном сокращении времени проведения процесса и энергозатрат.

5. Разработан метод, устройство и технология регенерации аккумулятора водорода на основе сплава LaNi₅, способного поглощать водород, удерживать его с высокой плотностью в безопасном состоянии и выделять при нагреве. Размещение аккумулятора водорода между электролизером и системой переработки диоксида углерода и водорода обеспечивает взаимосвязь этих узлов по потоку водорода.

6. Разработан метод, устройство и технология СВЧ-обеззараживания и нагрева воды в потоке системы жизнеобеспечения. В СВЧ-устройстве вместо цилиндрического канала используется экспоненциальный канал, что обеспечивает снижение температуры гибели Pseudomonas aerugenosa на 5С, увеличивает производительность на 23%, снижает затраты энергии на 23% при КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую 78%.

7. Оценка совместной работы узлов и блоков регенерационной физико-химической системы с использованием СВЧ-энергии подтверждает возможность осуществления процесса переработки диоксида углерода и водорода в проточной системе с возвратом непрореагировавших диоксида углерода и водорода в цикл.

8. Разработанные СВЧ-устройства по своим конструктивным особенностям и организации физико-химических процессов обеспечивают безопасное функционирование регенерационной системы жизнеобеспечения экипажа космического корабля.

жизнеобеспечение энергия сорбент регенерация

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Klimarev S.I. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. SECOND INTERNATIONAL AEROSPACE CONGRESS (IAC97). August 31-September 5,1997. Moscow, Russia. V.1. P. 245-246.

2. Klimarev S.I., Ilyin V.K., Smirenny A.L. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. The Third International Conference on Life Support and Biosphere Science. Lake Buena Vista, Florida, USA. January 11-14, 1998. 6 p.

3. Klimarev S.I. Hydrogen Sorbtion-Desorbtion Mode in the System of Hydrogen and Carbon Dioxide Treatment. The Third International Conference on Life Support and Biosphere Science. Lake Buena Vista, Florida, USA. January 11-14, 1998. 5 p.

4. Klimarev S.I., Ilyin V.K., Smirenny A.L. Microwave Sterilizer of Potable Water in Stream. The 28-th International Conference on Environmental Systems. Denvers, Massachusetts, USA, July, 13-16, 1998. SAE Technical Paper Series 981539. P. 1-6.

5. Klimarev S.I. Hydrogen Sorbtion-Desorbtion Mode in the System of Hydrogen and Carbon Dioxide Treatment. Denvers, Massachusetts, USA, July, 13-16, 1998. SAE Technical Paper Series 981540. P. 1-5.

6. Ilyin V.K., Klimarev S.I. et al. The Basic Principles of Deep Divers Anti-Infectional Safety. Proceeding of International Conference on High Pressure Biocience and Biotechnology. Heidelberg, Germany. August 30-September 3, 1998. P. 573-576.

7. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Исследование комбинированного воздействия сверхвысокочастотной энергии и металлического серебра на воду в потоке с целью ее обеззараживания. Третий Международный Аэрокосмический Конгресс (МАКС 2000). Россия, Москва, 23-27 августа. 2000. Сбоник докладов.3 с.

8. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Система для микроволнового обеззараживания и нагрева санитарно-гигиенической воды глубоководного водолазного комплекса. Российская конференция Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях. Москва. Россия. 26-29 сентября. 2000. С. 205-206.

9. Климарев С.И., Смиренный А.Л., Загибалова Л.Б., Старкова Л.В. Влияние микроволновой энергии на воду, зараженную вегетативными формами микроорганизмов. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2000. Т. 34. № 6. С. 51-54.

10. Климарев С.И. Перспективы использования электромагнитного поля сверхвысокой частоты для интенсификации технологических процессов при разработке физико-химических систем жизнеобеспечения нового поколения. Материалы Российской конференции Проблемы обитаемости в гермообъектах. Москва. 4-8 июня 2001. С. 87-89.

11. Ilyin V.K., Klimarev S.I. et al. The Basic Principles of Deep Divers Infectional Safety. The 1-st International Cancer & Aids Conference. September 15, 2001. Seoul. P. 66-72.

12. Климарев С.И. Перспективы применения энергии сверхвысокой частоты в системах жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002. Т. 36. № 6.

С. 61-64.

13. Климарев С.И. Выбор типа СВЧ-плазмотрона для переработки диоксида углерода и водорода в физико-химической системе жизнеобеспечения. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2003. Т. 37. № 1. С. 64-67.

14. Климарев С.И. СВЧ-устройство для переработки диоксида углерода и водорода в СЖО. Четвертый Международный Аэрокосмический Конгресс (МАКС 2003). Россия, Москва, 2003, 18-23 августа. Сборник докладов. 3 с.

15. Климарев С.И., Синяк Ю.Е., Сысоев А.Б. Установка водоподготовки с СВЧ-стерилизацией воды. Материалы Российской конференции Организм и окружающая среда: адаптация к экстремальным условиям. 2003. 19-21 октября. Москва. С. 164-165.

16. Климарев С.И. Обзор. Выбор типа СВЧ-разряда для переработки диоксида углерода и водорода в физико-химической системе жизнеобеспечения. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004. Т. 38. №. 1. С. 5-14.

17. Климарев С.И. СВЧ-десорбция диоксида углерода из жидкостного регенерируемого поглотителя в физико-химической системе жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2004. Т. 38. № 4. С. 57-60.

18. Климарев С.И. СВЧ-десорбция диоксида углерода из цеолита в физико-химической системе жизнеобеспечения человека. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39. № 1. С. 47-51.

19. Климарев С.И., Попов В.В. Аппарат для термообработки органических отходов в СЖО. Материалы ХIII конференции по космической биологии и авиакосмической медицине. 13-16 июня. 2006. Москва. Россия. С. 139.

20. Климарев С.И. Исследование сорбции-десорбции водорода интерметаллидом в физико-химической СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2007. Т. 41. № 5. С. 56-60.

21. Климарев С.И., Ильин В.К., Старкова Л.В. Обзор. Выбор метода и типа устройства для обеззараживания и нагрева воды в физико-химической СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т.42. № 4. С. 3-14.

22. Климарев С.И. СВЧ-устройство для обеззараживания и нагрева воды в СЖО. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2008. Т. 42. № 6/1. С. 88-89.

Технические решения защищены авторскими свидетельствами на изобретения №№: 605616, 715491, 894906, 939869, 996334, 1123705, 1139439, 1266113, 260268, 269576, 295683, 1481935.

Список цитированных литературных источников

1. Батенин В.М., Климовицкий И.И., Лысов Г.В., Троицкий В.Н. / СВЧ-генераторы плазмы: Физика, техника, применение. М. Энергоатомиздат. 1988. С. 11-174.

2. Шаталов А.Л. Интенсификация тепломассообменных процессов электромагнитным полем сверхвысокой частоты: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. М. 1999.

3. Колачев Б.А., Ильин А.А., Лавренко В.А., Левинский Ю.В./ Гидридные системы. Справочник. М. Металлургия. 1992. 352 с.

4. Синярев Г.Б., Ватолин Н.А., Трусов Б.Г. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов. М. Наука. 1982.

5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. 2-е изд. М. Химия. 1984. С. 16-203.

6. Пюшнер Г. Нагрев энергии сверхвысоких частот: Пер. с англ. М. Энергия. 1968. 311 с.

7. Потехин Г.С., Дмитриев А.Л. и др. Эксплуатация систем, использующих водород, с точки зрения безопасности и условий обеспечения требуемой чистоты водорода у потребителя. / В cб. Вопросы атомной науки и техники. Вып.2(3). М. ИАЭ им. И.В.Курчатова.1977.C.188-189.

8. Гришаенков Б.Г. Регенерация и кондиционирование воздуха // Основы космической биологии и медицины. 1975. Т.3. С.70-121.

9. Смирнов И.А., Фомкин А.А., Солдатов П.Э., Смоленская Т.С., Ильин В.К. Система получения и резервирования кислорода для перспективных долговременных обитаемых космических объектов. // Материалы конференции “Cистемы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса” 24-28 сентября 2008. Москва. С. 89-90.

Размещено на Allbest.ru