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Como o ar respirável é reabastecido na ISS?

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Desde 2000, houve pelo menos um ser humano vivendo e respirando fora da baixa atmosfera da Terra orbitando a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS).

A estação espacial está equipada com tudo que os astronautas e cosmonautas precisam para a vida: comida, água e ar. A comida é entregue regularmente em missões de reabastecimento. No entanto, quando se trata de água e ar, a estação espacial é totalmente autossuficiente.

Embora possamos nos dar ao luxo de fotossintetizar plantas que nos fornecem oxigênio, os que estão a bordo da ISS precisam contar com outros meios para se manter vivos e respirando.

Então, de onde vem todo o oxigênio?

Como a estação espacial produz oxigênio?

Antes do lançamento da Estação Espacial Internacional, já havíamos aperfeiçoado os métodos de criação de oxigênio no vácuo por longos períodos. Bem, não centenas de milhas acima da terra para ser exato, em vez disso, estava bem abaixo da superfície do oceano - dentro de submarinos.

Os submarinos não precisam subir à superfície para reabastecer seus suprimentos de oxigênio. Freqüentemente, eles não podem porque estão sob gelo, porque a superfície comprometeria sua operação secreta. Isso significa que os submarinos tiveram que criar por muito tempo seus próprios suprimentos de oxigênio interno. Bem, não exatamente "criar", mas sim "reciclar".

Os sistemas primários utilizados a bordo da ISS são quase idênticos aos encontrados em submarinos.

O sistema de oxigênio e água da estação espacial consiste em dois elementos principais: o sistema de recuperação de água, ou WRS, e o sistema de geração de oxigênio, ou OGS. Cada um depende do outro para funcionar corretamente.

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O WRS coleta água da urina, umidade e condensação, que é então purificada de acordo com os padrões de consumo. Mas isso representa apenas uma parte da água a bordo da ISS. Parte da água também é enviada continuamente da Terra para a estação para garantir que haja água "fresca" suficiente sendo misturada para a tripulação.

A água restante é usada para criar oxigênio a bordo da estação espacial. O OGS, um sistema projetado pela NASA, e o sistema russo Elektron que o acompanha utilizam o processo de eletrólise para dividir a água em seus componentes elementares: hidrogênio e oxigênio

A eletrólise envolve a passagem de uma corrente elétrica pela água de um ânodo para um cátodo, que gera energia suficiente para separar os átomos. O resultado é a formação de gás hidrogênio, H2, e gás oxigênio, O2.

A eletricidade para esta reação química e a maior parte da eletricidade usada a bordo da ISS vem de painéis solares no exterior da estação.

Quimicamente, a eletrólise é semelhante à reação de fotossíntese nas plantas.

Agora, você deve estar se perguntando, o que acontece com todo aquele gás hidrogênio criado pela reação de divisão da água? Bem, é realimentado em algo chamado Sistema Sabatier a bordo da ISS. Este sistema combina hidrogênio residual com dióxido de carbono residual derivado da respiração da tripulação para criar água e metano por meio de uma reação exotérmica. A fórmula é mais ou menos assim:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + calor

A próxima pergunta que você pode estar se perguntando é o que acontece com o metano e o calor agora que geramos água? Bem, o metano é liberado para o espaço e o calor é administrado por meio de trocadores de calor.

Então, vamos recapitular. As etapas necessárias para gerar e manter o oxigênio no espaço são as seguintes:

  1. A água é recuperada da estação espacial usando o Sistema de Recuperação de Água.
  2. Parte dessa água é utilizada para criar gás hidrogênio e gás oxigênio por meio do processo de eletrólise.
  3. O gás hidrogênio é então alimentado no Sistema Sabatier, que o converte de volta em água usando o excesso de CO2 gerado na estação.
  4. Os subprodutos do sistema Sabatier são lançados no espaço.

Embora a geração de oxigênio possa parecer simples no papel, ela requer alguma tecnologia bastante sofisticada para ser executada a centenas de quilômetros acima da terra.

A ISS e seus sistemas de geração de oxigênio foram projetados para lidar com uma tripulação de 7 pessoas no máximo. Embora, a estação raramente tenha pessoal até esse nível.

Os métodos de backup para gerar oxigênio

Os sistemas espaciais de alta tecnologia são redundantes. Portanto, caso os principais processos que a ISS utiliza para gerar oxigênio falhem, há muitos sistemas de backup. Apenas no caso de.

A ISS recebe remessas regulares de oxigênio da Terra em tanques pressurizados montados fora da eclusa de ar da estação. Não são suficientes para abastecer a estação por um longo período, mas são suficientes para encher o tanque continuamente, pois há vazamentos ocasionais.

O outro backup é um gerador de oxigênio de combustível sólido (SFOG) desenvolvido pela Agência Espacial Russa, inicialmente para a estação espacial Mir, que não está mais operacional. (Nota histórica: o descomissionamento da Mir foi um caso bastante teatral. A estação espacial caiu intencionalmente em um lugar altamente remoto no Pacífico.

Mas voltando à Estação Espacial Internacional.

Este sistema russo é conhecido como Sistema Vika ou SFOG, e a tripulação geralmente tenta evitar usá-lo.

O sistema Vika funciona alavancando latas de clorato de sódio em pó e ferro em pó. Os recipientes são acesos e atingem temperaturas de até 600 graus Celsius (1.112 graus Fahrenheit), que é quente o suficiente para que o clorato de sódio se decomponha em cloreto de sódio e gás oxigênio.

Woo, oxigênio gasoso, missão cumprida! No entanto, ter altas temperaturas, fogo e um enorme suprimento de oxigênio gasoso no espaço um ao lado do outro não é o ideal no espaço - ou em qualquer lugar para esse assunto.

Em 1997, um dos canisters pegou fogo a bordo da estação Mir e espalhou fogo contra a antepara. Não é ideal. A outra desvantagem do Sistema Vika é que ele não produz tanto oxigênio.

Um quilograma de material produz 6,5 horas de tripulação de oxigênio. Isso não é muito, e principalmente significa que o sistema Vika está reservado para emergências absolutas e como um backup no caso de alguma outra falha catastrófica a bordo da ISS.

A estação espacial tem um vazamento

Agora que cobrimos como a estação espacial produz e mantém um suprimento constante de oxigênio, vamos falar sobre o vazamento da ISS.

Vazamentos a bordo da ISS não são incomuns. Geralmente há sempre algum pequeno vazamento a bordo, considerando que é um vaso de pressão gigante no vácuo do espaço. Recentemente, no entanto, os vazamentos ficaram um pouco mais sérios. Em agosto de 2020, o momento em que este artigo foi escrito, os vazamentos pioraram tanto que a tripulação de três membros da ISS teve que se isolar em uma cápsula de fuga para que as equipes de terra pudessem tentar investigar de onde vem o vazamento

Notavelmente, as tripulações da NASA enfatizaram que o vazamento não representa uma ameaça séria para os astronautas, mas a situação, de qualquer maneira, é um pouco assustadora.

Equipes de terra estão monitorando de perto todos os compartimentos da estação espacial para determinar de onde exatamente o vazamento está vindo.

Encontrar vazamentos em um vaso de pressão gigante com um grande número de conexões externas e escotilhas não é fácil. Há já algum tempo que se conhecem pequenos vazamentos, mas a sua localização exata ainda não foi determinada. A fonte pode ser uma conexão de mangueira minúscula aninhada em um pequeno compartimento ou pode ser um O-ring em uma escotilha. As possibilidades são alucinantes.

Por enquanto, a situação parece promissora, já que a NASA e as equipes trabalham para reunir mais dados sobre o assunto. Isso não quer dizer que não haverá mais vazamentos no futuro. Manter a ISS ao ar livre é uma tarefa difícil. Mas, juntas, a NASA e a Agência Espacial Russa estão fazendo tudo o que podem para garantir que suas tripulações fiquem seguras e respirem com facilidade enquanto orbitam a Terra por meses a fio.


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