Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Газоанализатор-ФС
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Анализ состава атмосферы в обитаемых отсеках РС МКС с использованием спектральных методов детектирования и датчиков измерения концентрации кислорода, водорода
Цель эксперимента:

1. Отработка методологии и отработка перспективного газоанализатора, созданного на базе Фурье-спектрометра и датчиков кислорода, водорода, по автоматическому мониторингу основных составляющих атмосферы, газовых микропримесей, газов, возникающих при пожаре и аварийных ситуациях, в обитаемых отсеках РС МКС.

2. Определение эффективности данного метода и целесообразности его использования.

 

Описание эксперимента:

В настоящее время, в автоматическом режиме, контроль газовых составляющих атмосферы в обитаемых отсеках РС МКС осуществляется следующей газоаналитической аппаратурой:

измерительным стационарным комплексом ИК0501, который обеспечивает непрерывное измерение содержания кислорода, углекислого газа, водорода и водяного пара с выдачей сигналов на центральный пост управления;

газоанализатором ГЛ2106, который предназначен для непрерывного измерения содержания окиси углерода с выдачей сигналов на центральный пульт управления.

В ручном режиме, контроль газовых составляющих атмосферы в обитаемых отсеках РС МКС, осуществляется следующей газоаналитической аппаратурой:

индикаторные пробоотборники Дрегера (ИПД) (для измерения микропримесей: оксид углерода, аммиак, формальдегид, фтористый водород, хлористый водород, цианистый водород, оксиды азота);

блок анализа микропримесей CMS (производство немецкой фирмы Драгер, для измерения микропримесей: формальдегид, бензол, стирол, озон, фосген, окись углерода, аммиак, нитрозные газы, двуокись азота, изопропанол, толуол, метанол);

портативный газоанализатор ГАНК-4М (для измерения микропримесей: окись углерода, фтористый водород, аммиак (большие концентрации), аммиак (малые концентрации), цианистый водород, метан, хлористый водород, окислы азота).

 

Кроме того, с помощью адсорбентных пробозаборников [AK-1M]/AK-1M-Ф, путем взятия проб воздуха и доставки их на Землю транспортными кораблями «Союз», осуществляется дополнительный анализ микропримесей атмосферы РС МКС (анализируются летучие органические соединения и фреон-218). Возможности приведенной выше системы анализа газового состава атмосферы имеет ряд ограничений: -значительная погрешность в показаниях;

-недостаточная селективность по газам с близкими свойствами;

-возможность перекрестного влияния газовых примесей на результат измерений;

-отсутствие непрерывного и автоматического контроля микропримесей;

-необходимость периодической замены сенсоров датчиков.

Исходя из этого, крайне важно иметь систему анализа газового состава атмосферы в обитаемых отсеках РС МКС, обладающую:

-более высокой точностью измерений;

-более высокой селективностью по газам с близкими свойствами;

-более широким спектром и диапазоном значений измерения концентраций микропримесей по сравнению с газоаналитической аппаратурой, установленной на борту РС МКС;

-возможностью перенастроить НА на измерение другого набора микропримесей, отличного от заданных в ТЗ на НА, без доработки материальной части (только за счет замены программного обеспечения); -возможностью измерения дополнительных посторонних микропримесей не заданных в ТЗ на НА, путем анализа на Земле, получаемых Фурье-интерферограмм;

-автоматической системой самодиагностики и непрерывного контроля рабочих характеристик прибора; -возможностью измерения состава атмосферы одним прибором;

-возможностью экономии времени экипажа на периодическом выполнении измерений концентраций микропримесей в ручном режиме;

-возможностью уменьшения грузопотока на РС МКС за счет уменьшения потребности расходных материалов;

-возможностью осуществлять непрерывный и автоматический контроль для большого количества микропримесей.

Целью проведения КЭ является отработка методологии перспективного газоанализатора, созданного на базе Фурье-спектрометра по автоматическому мониторингу основных составляющих атмосферы, газовых микропримесей, газов, возникающих при пожаре и аварийных ситуациях, в обитаемых отсеках РС МКС. Для метода Фурье-спектроскопии существует информация о спектрах поглощения нескольких сотен газов и летучих органических соединений. Поэтому, помимо измерения концентраций веществ, которые будут заданы в ТЗ на НА, возможно обнаружение и иных атмосферных примесей.

Исследования содержания водорода и кислорода посредством метода Фурье-спектроскопии не проводятся из-за отсутствия выраженных спектральных линий в инфракрасном диапазоне. Для измерения концентрации этих газов в эксперименте планируется использовать специализированные датчики кислорода и водорода.

Положительные результаты научного эксперимента позволят создать и отработать новую автоматическую систему контроля газового состава атмосферы, которую можно будет использовать на борту РС МКС, будущих перспективных космических станциях и пилотируемых транспортных кораблях нового поколения.  

Новизна эксперимента:

Принципиальная новизна исследования состава атмосферы в обитаемых отсеках РС МКС НА «Газоанализатор-ФС» заключается в применении метода Фурье-спектроскопии.

Для оценки достоверности проводимых экспериментов будут использоваться данные, полученные существующими средствами измерения газового состава, используемыми на борту МКС и путем сравнения с результатами точных измерений проб воздуха с РС МКС, которые доставляются на Землю с помощью транспортных кораблей «Союз».  

 

Научная аппаратура:

НА «Газоанализатор-ФС» предназначена для:

автоматического измерения в герметичном объеме обитаемого отсека модулей РС МКС газового состава атмосферы;

автоматической обработки и вывод параметров состава атмосферы и состояния прибора на дисплей газоанализатора;

выдачи предупредительных сигналов при достижении пороговых значений концентраций основных газов и предельно-допустимых концентраций (ПДК) вредных микропримесей;

оперативной выдачи информации о параметрах атмосферы по каналам Ethernet или Wi-Fi в ИУС СУБА или СУБК для последующей передачи в ЦУП;

хранения измеренных данных, в случае автономной работы, при отсутствии каналов Ethernet. 

В состав НА должны входить:    

 

Фурье-спектрометр (для автоматической регистрации концентраций газов в составе атмосферы РС МКС);  

 

модуль отбора проб воздуха;    

 

датчик кислорода;    

 

датчик водорода;  

 

система управления и сбора данных;  

 

блок визуализации и ввода данных.  

 

Ожидаемые результаты:

Подтверждение эффективности работы научной аппаратуры «Газоанализатор-ФС» по автоматическому измерению основных составляющих атмосферы и микропримесей в обитаемых модулях РС МКС.

-Подтверждение целесообразности применения газоаналитической аппаратуры, аналогичной НА «Газоанализатор-ФС», на будущих перспективных космических станциях, на пилотируемых транспортных кораблях нового поколения (ПТК НП).

 

-При положительных результатах научного эксперимента научную аппаратуру предполагается использовать на борту РС МКС в качестве дополнения к измерительному стационарному комплексу ИК0501 и газоанализатору ГЛ 2106.  

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: Разработка системы и подготовка КЭ: 2016-19 гг., проведение КЭ: 2019 г.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королева»
Организации участники: ООО «НПП «Лазерные системы» 198515, Россия, г. Санкт-Петербург; ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»; ЦУП-М 141070, г. Королев Московской обл.
Научный руководитель: Чурило И. В., ПАО «РКК «Энергия», начальник отдела, к.т.н.
Публикации по эксперименту:

1. A. Honne. Air quality monitoring for the International Space Station applicable to aircraft cabins and cockpits. ARTICLE?in?JOURNAL OF BIOLOGICAL PHYSICS AND CHEMISTRY 14(4):94-102 • DECEMBER 2014

2. Progress in ANITA2, the Upcoming High Performance ISS Air Monitor for Continuous In-Orbit Operation. Conference: 44rd International Conference on Environmental Systems. 2014

3. Dynamic Sampling of Cabin VOCs during the Mission Operations Test of the Deep Space Habitat. International Conference on Environmental Systems (ICES) 2013.

4. Материалы: Optical Oxygen Sensors PreSens. Precision Sensing GmbH

5. Материалы ЗАО «ИНСОВТ»: Датчики кислорода, водорода.

6. Cheng-Shane Chu, Yu-Lung Lo, Ti-Wen Sun. Review on Recent Developments of Fluorescent Oxygen and Carbon Dioxide Optical Fiber Sensors. Photonic Sensors (2011) Vol. 1, No. 3: 234–250 7. Honeywell Analytics. The Gas book. 2007

8. Hydrogen Sensor for Oil Transformer Health Monitoring. I. Pavlovsky. Nanotechnology, 2008. NANO '08. 8th IEEE Conference.

9. Миниатюрный сенсор водорода на основе оптопары светодиод фотоэлектрический элемент InP/GaInAsP/Pd. Х.М. Салихов, Н.Д. Стоянов, Ю.П. Яковлев. Rusnanotech 2009.

 

Последнее обновление: 17.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения