science >> Wetenschap > >> Astronomie

Hoe wordt zuurstof gemaakt aan boord van een ruimtevaartuig?

Astronaut Daniel W. Bursch, Expeditie Vier boordwerktuigkundige, werkt aan de Elektron Oxygen Generator in de Zvezda Service Module op het International Space Station (ISS). Afbeelding met dank aan NASA

Op aarde, we hebben een constante toevoer van verse lucht. We ademen zuurstof in en ademen koolstofdioxide uit. Deze gassen worden door planten gerecycled via het proces van fotosynthese. De planten nemen koolstofdioxide op en geven zuurstof af. Het is een prachtige cyclus op grote schaal. Maar wat gebeurt er in het kleine, besloten hutten van ruimtevaartuigen, zoals de spaceshuttle of ruimtestations?

De meeste ruimtevaartuigen hebben hun eigen zuurstofvoorraad bij zich en kunnen één back-upsysteem hebben. Echter, de missies van deze ruimtevaartuigen duren een korte tijd, in de orde van dagen tot twee weken. In tegenstelling tot, het International Space Station (ISS) is ontworpen voor langdurige ruimtevluchten en bevindt zich sinds 1998 in een baan om de aarde. Dus hoe wordt zuurstof aan boord van het ISS gemaakt? Het wordt op drie manieren afgehandeld, met behulp van zuurstofgeneratoren, zuurstoftanks onder druk of zuurstofgeneratoren voor vaste brandstoffen (ook wel zuurstofkaarsen genoemd).

De primaire methode wordt bereikt door de zuurstofgeneratoren:de in Rusland gemaakte Elektron en het Amerikaanse Environmental Control and Life Support System (ECLSS). De Elektron bevindt zich in de servicemodule (Zvezda) en de ECLSS bevindt zich in de Destiny-laboratoriummodule. Deze apparaten maken zuurstof uit water door een proces dat elektrolyse wordt genoemd, waarbij een elektrische stroom door water gaat van een positief geladen elektrode die een anode wordt genoemd, naar een andere negatief geladen elektrode die een kathode wordt genoemd. Er is een kleine concentratie zout in het water om elektriciteit te geleiden, omdat water zelf een slechte elektrische geleider is. In het proces, water wordt gesplitst in waterstofgas en zuurstofgas. Hier is hoe de chemie van het proces werkt:

Bij de kathode, een soort reactie genaamd vermindering komt voor. elektronen (e ^- ) van de kathode combineren met het water (H ₂ O) om waterstofgas te maken (H ₂ ) en hydroxide-ionen (OH ^- ):2H ₂ O (l) + 2e ^- ->H ₂ (g) + 2 OH ^- (ak).
Bij de anode, een soort reactie genaamd oxidatie komt voor. Elektronen worden uit het water verwijderd en stromen in de anode. Door de elektronen uit water te verwijderen, ontstaat zuurstofgas (O ₂ ) en waterstofionen (H ⁺ ):2H ₂ O (l) -> O ₂ (g) + 4 e ^- + 4 H ⁺

De elektriciteit wordt opgewekt door de zonnepanelen van het station en geleverd aan de zuurstofgeneratoren via het elektriciteitsnet van het station. Het water wordt vanaf de aarde door Progress-bevoorradingsschepen en de space shuttle naar het station gebracht. Water wordt ook teruggewonnen door condensors die waterdamp uit de cabinelucht verwijderen (astronauten ademen waterdamp uit). Eindelijk, water kan worden gerecycled uit de urine van de astronauten door de ECLSS-eenheid. Het waterstofgas dat tijdens het elektrolyseproces wordt gemaakt, wordt de ruimte ingeblazen en het zuurstofgas wordt in de cabinelucht gecirculeerd.

Laten we nu eens kijken naar de andere manieren waarop het ISS zuurstof maakt.