Для человека космос — предельно враждебная среда

Введение
12 апреля - День первого полета человека в космос. 12 апреля 1961 года
советский космонавт Юрий Алексеевич Гагарин на космическом корабле
"Восток-1" облетел Землю на высоте 302 километра со скоростью около 28
тысяч километров в час. Его полет длился около 108 минут
Свою исследовательскую работу мы решили посвятить изучению роли химии и
некоторых химических процессов в космических кораблях. Мы считаем нашу
работу актуальной, т.к. 2011 год Президентом Российской Федерации объявлен
Годом Космонавтики.
Цели и задачи исследования
1. Изучить роль химических процессов и химических веществ в полете
человека в космос.
2. Изучить как снабжается корабль воздухом, водой.
3. Изучить, как готовят еду космонавта
Методы исследования
Для ответа на эти вопросы мы изучили материал из Интернета. Также мы
представляем материал, который изучили в Музее Космонавтики с. Шоршелы,
где побывали с классом в 2010 году.
Основная часть
Полет космонавта проходит практически в полном вакууме, невесомости, при
очень больших перепадах температур, под воздействием ионизирующих
излучений. Поэтому на космических кораблях стоит цель – полное
жизнеобеспечение космонавтов водой воздухом, пищей, защитой от вредных
воздействий.
1. Космические корабли делают из сплавов, которые содержат в основном
пять металлов: бериллий, ниобий, молибден, тантал и вольфрам. Бериллий очень легкий по весу и в то же время прочный металл, обладает большой
теплопоглощающей способностью.
Чистый ниобий - очень пластичный и прочный металл, плавится при
температуре около 2500С Все эти ценные качества выдвигают ниобий в первые
ряды жаропрочных материалов.
Редкий металл тантал - один из самых тугоплавких элементов.
Температура плавления - 3027С. Наиболее характерной особенностью этого
элемента является его необычайно высокая устойчивость против воздействия.
Большой интерес проявляют специалисты к танталовольфрамовому сплаву,
содержащему около 7 или 10 процентов самого тугоплавкого металла вольфрама. Этот сплав способен противостоять температурам до 1900С.
Из
всех известных металлов вольфрам обладает самой высокой температурой
плавления -3410С. Но вольфрам имеет большой удельный вес. Поэтому его
добавляют в сплавы для получения корпусов летательных аппаратов.
Большое
внимание конструкторов
привлекает молибден.
Молибденовые сплавы обладают многими качествами, необходимыми для
работы в условиях высоких температур.
Теплоизолирующие покрытия
защищают основную металлическую
конструкцию от интенсивного окисления, сохраняют ее прочность. Для этого
наносится слой керамики на металл методом горячего напыления из окиси
алюминия Al2O3 или из окиси циркония ZrO. Керамические покрытия
выдерживают температуру до 2200С.
2. Внутри корабля на первое место выходит обеспечение воздухом. Воздух
нужен для дыхания, обеспечивает необходимое внешнее давление, служит
для отвода тепла, непрерывно выделяемого человеческим телом. В воздухе для
жизненных функций организма важнее всего
содержание кислорода и
углекислого газа, а количество азота роли не играет. Это позволяет изменять
газовый состав воздуха и давление на борту космических аппаратов. На
советских и российских космических кораблях всегда применялась атмосфера,
близкая по составу и давлению к земной. Получают кислород путем
электролиза воды:
2Н2О = 2Н2 + О2
Электролизер «Электрон» разлагает техническую воду на кислород,
пополняющий атмосферу станции, и водород, который сбрасывается за борт.
В сутки человек усваивает из воздуха около килограмма кислорода (O2).
Примерно три четверти из этого количества выделяется с дыханием, но уже в
составе углекислого газа (CO2).
Если не очищать воздух, содержание
углекислого газа быстро вырастет и самочувствие экипажа резко ухудшится
вплоть до гибели. Воздух очищают, пропуская его через надперекись калия
KO2, которая вдобавок выделяет кислород при контакте с влажным воздухом.
4КО2 + 2СО2 = 2К2СО3 + 3О2
3. Вода
Важнейшим после дыхания потребностями человека являются питье. По
российским нормативам для нормальной работоспособности космонавт должен
получать в сутки 2,2 литра воды, из которых около 0,75 литра используются
для питья. Воду получают в результате работы кислородно-водородных
топливных элементов
4. Пища
Космонавт потребляет в сутки примерно 500—600 граммов пищи (в пересчете
на сухую массу) при калорийности 2500—2700 килокалорий. Космическая
пища имеет следующий состав: 17% белков, 32% жиров и 51% углеводов.
Для приготовления звездных завтраков и обедов используют два метода
обработки продуктов — термическую стерилизацию и сублимацию.
Стерилизация - консервы обрабатываются в автоклаве, нагретом до 120С, с
помощью обычной воды. Столь жесткому прессингу с удовольствием
подвергаются овощи и мясо. А вот молочные продукты при такой
термообработке меняют вкус. Поэтому для них используется сублимация. При
этом способе готовое блюдо подвергают быстрой заморозке, после чего
помещают в сублиматор — вакуумную камеру, где за счет низкого давления и
подогрева происходит сублимация (то есть, переход льда из твердой формы в
газообразную, минуя жидкую). В результате получают пористый порошок,
который расфасовывают по вакуумным пакетам. Если добавить туда воды и
немного подождать, то эта космическая пыль снова превратится в молоко или
вполне съедобный супец.
Сначала пища упаковывалась в алюминиевые тубы по 160 г продукта.
Космические консервы по виду очень похожи на обычные, но банки
изготовлены не из жести, а из алюминия, поэтому на одной только
стограммовой банке экономия массы составляет около 20 г. Внутреннюю
поверхность банки, контактирующую с едой, покрывают специальным
пищевым лаком. Хлеб по традиции поставляется в маленьких кусочках, в виде
30–45-граммовых порций в вакуумной упаковке из полимерной пленки.
Какие блюда пользуются наибольшей популярностью у космонавтов?
Из первых блюд очень высоко котируется борщ с мясом из свежей и квашеной
капусты. Из вторых блюд можно назвать мясо цыплят с рисом, поджарку с
рисом и овощами, судака в соусе,
говядину под майонезом, картофельное
пюре. На десерт космонавты любят заказывать творог с орехами, дробленую
бруснику, мармелад, коврижки. Набор напитков у нас стандартный: кофе, чай
черный, зеленый и фруктовый, молоко, соки.
Чтобы подсластить жизнь космонавтам, отправляют им на орбиту палочки из
сухофруктов: персиков, кураги, чернослива с орехами, айвы. Пища
космонавтов мелко расфасована в специальные пакетики из полимерной
пленки.
1.
2.
3.
4.
Выводы:
Полет человека в космос не может обходиться без химии.
Химия
обеспечивает космические корабли металлами и сплавами,
покрытиями от внешних воздействий
Химические процессы электролиза обеспечивают космонавтов кислородом,
водой, используются в приготовлении пищи и т.д
Химические реакции протекают не только на земле, но и в космосе.