Uluslararası Uzay İstasyonu'nda Astronotlar Nasıl Nefes Alıyor?
Ön Bilgi
Uluslararası Uzay İstasyonu'nda yaşamın sürdürülebilmesi için gereken atmosfer, oksijen üretimi, karbondioksit temizleme ve gaz ikmali sistemlerinin birlikte nasıl çalıştığına göz atacağız.
Uluslararası Uzay İstasyonu’nda astronotların soluyabileceği havanın Dünya’dan sürekli olarak şişirilmiş tüplerle gönderildiğini düşünmek kolaydır. Gerçekte sistem bundan daha karmaşıktır. İstasyondaki hava sürekli dolaştırılır, karbondioksitten ve diğer kirleticilerden temizlenir, suyun bir bölümü yeniden kullanılır ve oksijenin önemli bir kısmı istasyonun kendi sistemleri tarafından üretilir. Bunun yanında atmosferdeki gazların dengesini korumak ve kayıpları telafi etmek için Dünya’dan düzenli olarak gaz ikmali yapılır. Bu nedenle Uluslararası Uzay İstasyonu’na “hava götürmek”, aslında birbirini tamamlayan birkaç farklı işlemin birleşimidir.
İstasyondaki hava neyden oluşuyor?
UUİ’nin kabin atmosferi, basınç ve oksijen oranı açısından Dünya yüzeyindeki yaşam koşullarına yakın olacak şekilde düzenlenir. Toplam kabin basıncı yaklaşık 1 atmosfer düzeyindedir ve havadaki oksijen oranı yaklaşık yüzde 21’dir. Geri kalan ana bileşenin büyük bölümünü azot oluşturur. Astronotların yaşadığı ortamın güvenli kalması için yalnızca oksijen miktarının yeterli olması yetmez. Toplam basınç, oksijen ve azotun kısmi basınçları, karbondioksit miktarı, nem ve çeşitli iz gazlar sürekli olarak izlenir.
Astronotlar nefes aldıkça oksijen tüketir ve karbondioksit üretir. Ayrıca solunum ve terleme yoluyla kabine su buharı bırakırlar. Elektronik cihazlar, plastikler ve diğer malzemeler de atmosfere çok küçük miktarlarda çeşitli gazlar salabilir. İstasyondaki yaşam destek sistemlerinin görevi bütün bu değişimleri sürekli olarak dengelemektir.
Oksijen Dünya’dan mı geliyor?
Her zaman değil. UUİ’deki oksijenin önemli bir bölümü istasyonun içinde üretilir. Bunun temelinde Oxygen Generation System (OGS) adı verilen sistem bulunur. Sistem, geri kazanılan suyu elektroliz ederek hidrojen ve oksijene ayırır. Elektroliz sonucunda ortaya çıkan oksijen kabin atmosferine verilir. Hidrojen ise sistemin diğer bölümlerinde kullanılabilir veya uzaya gönderilebilir. Bu yöntem, her kilogram oksijenin Dünya’dan roketle taşınması gerekliliğini azaltır. Çünkü oksijen üretiminde kullanılan suyun önemli bir bölümü zaten istasyondaki geri dönüşüm sistemlerinden elde edilir. NASA’nın yaşam destek sistemleriyle ilgili verilerine göre UUİ’deki su geri kazanım sistemi, atık su ve kabin nemi gibi kaynaklardan suyu yeniden kullanılabilir hale getiriyor. Böylece suyun büyük bölümü tekrar sisteme kazandırılabiliyor.
Peki azot nereden geliyor?
Burada durum farklıdır. Azot, UUİ’nin yaşam destek sistemleri tarafından büyük miktarlarda üretilmez. Atmosferdeki azot miktarını korumak ve çeşitli operasyonlarda kullanılacak gazı sağlamak için Dünya’dan ikmal yapılır. Azot özellikle istasyon atmosferinin toplam basıncını korumak açısından önemlidir. Bir uzay aracının istasyona kenetlenmesi, bir modülün basıncının ayarlanması, küçük gaz kayıpları veya bakım faaliyetleri gibi işlemler sırasında atmosferdeki gaz miktarı değişebilir. Bu nedenle azot, istasyonun lojistik planlamasında önemli bir sarf malzemesidir.
Hava uzaya nasıl taşınıyor?
Gazlar Dünya’dan uzaya normal atmosfer basıncında gönderilmez. Çok daha yüksek basınç altında özel tanklarda depolanır. Bu tanklar ikmal araçlarının taşıdığı kargonun bir parçasıdır. İstasyonun gaz ihtiyacına göre oksijen, azot veya solunabilir hava taşınabilir. UUİ’nin Rus Progress kargo araçları bu görevlerden birini üstlenir. Progress araçlarında atmosfer gazlarının taşınması için kullanılan tanklar bulunur. Kenetlenme sonrasında gerekli gazlar istasyonun atmosfer sistemlerine aktarılabilir.
Örneğin Progress MS-35, Eylül 2026’da UUİ’ye yaklaşık 2,4 tonluk kargo taşırken bunun yaklaşık 50 kilogramlık bölümünü istasyon atmosferinin yenilenmesi için kullanılan hava oluşturuyordu. Burada “50 kilogram hava” ifadesi, istasyona 50 kilogramlık bir hava kütlesinin Dünya’daki bir balon gibi taşındığı anlamına gelmez. Gaz, fırlatma sırasında mümkün olduğunca az hacim kaplayacak şekilde basınçlandırılmış tanklarda depolanır.
Neden bütün havayı Dünya’dan göndermiyorlar?
Çünkü bu yöntem uzun süreli uzay görevleri için çok fazla lojistik yük oluşturur. UUİ, Dünya’ya görece yakın bir yörüngede bulunduğu için düzenli ikmal araçlarıyla desteklenebilir. Buna rağmen her tüketim maddesinin Dünya’dan taşınması, fırlatılması gereken kütleyi artırır. Bu nedenle istasyonda mümkün olduğunca çok kaynak yeniden kullanılmaya çalışılır. Örneğin astronotların vücutlarından çıkan su buharı kabin havasından ayrılır. Atık sulardan ve idrardan su geri kazanılır. Bu su daha sonra içme suyu olarak kullanılabildiği gibi oksijen üretim sistemine de gönderilebilir. Böylece istasyonda su, oksijen ve hava arasında birbirine bağlı bir geri dönüşüm döngüsü oluşturulur.
Astronotların verdiği karbondioksite ne oluyor?
Oksijen üretmek kadar önemli başka bir işlem de karbondioksiti ortamdan uzaklaştırmaktır. Astronotlar her nefeste oksijen tüketirken karbondioksit üretir. Kapalı bir ortamda karbondioksit hızla birikebileceği için kabin havasının sürekli temizlenmesi gerekir. UUİ’deki Carbon Dioxide Removal Assembly (CDRA) gibi sistemler, havadaki karbondioksiti moleküler elekler kullanarak ayırır. Rus segmentinde de benzer amaçla kullanılan Vozdukh sistemi bulunur. Karbondioksitin bir bölümü daha sonra oksijenin geri kazanılmasında kullanılabilir. UUİ’deki Sabatier sistemi, astronotların soluduğu karbondioksiti, oksijen üretim sisteminden elde edilen hidrojenle tepkimeye sokarak su ve metan oluşturur. Ortaya çıkan su yeniden oksijen üretim sistemine gönderilebilir. Metanın bir bölümü ise uzaya bırakılır. Bu süreç tam anlamıyla kapalı bir döngü oluşturmaz. Sistemde çeşitli kayıplar meydana gelir ve bu nedenle istasyonun Dünya’dan su, gaz ve başka sarf malzemeleri alması gerekir.
Uzay yürüyüşlerinde kullanılan oksijen de aynı sistemden mi geliyor?
Tam olarak değil. Astronotların uzay yürüyüşleri sırasında kullandıkları uzay giysilerinin ihtiyaç duyduğu oksijen, kabin atmosferindeki oksijenden farklı bir lojistik gerektirir. Uzay giysileri yüksek basınçlı oksijenle beslenir ve bu nedenle istasyonun normal kabin basıncındaki oksijen üretim sisteminden farklı depolama ve basınçlandırma çözümleri kullanılır.
NASA’nın teknik dokümanlarında, UUİ’nin hava kilidi çevresinde yüksek basınçlı oksijen ve azot depolamak için kullanılan sistemlerden ve ikmal araçlarıyla getirilen gazlardan söz edilir. Bu gazlar gerektiğinde uzay yürüyüşlerinin yanı sıra acil durumlar ve çeşitli teknik sistemler için de kullanılabilir.
Hava kaybolursa ne olur?
UUİ tamamen sızdırmaz ve değişmez bir ortam değildir. İstasyonun çok sayıda modülü, bağlantı noktası, kapak ve ekipmanı bulunduğundan atmosfer basıncının sürekli izlenmesi gerekir. Normal çalışma sırasında küçük miktarlardaki kayıplar ve planlı basınç değişiklikleri gaz ikmaliyle telafi edilir. Daha ciddi bir sızıntı tespit edildiğinde ise ilgili modül izole edilebilir. İstasyondaki basınç ve gaz bileşimi sürekli takip edildiğinden, mürettebatın güvenliği için gerekli prosedürler uygulanabilir. Bu nedenle Dünya’dan getirilen azot, oksijen ve hava, istasyonun günlük yaşamını doğrudan sürdüren temel lojistik kaynaklar arasında yer alır.
Dünya’dan uzaya taşınan hava ile istasyonda üretilen oksijen arasındaki fark
Basitçe şöyle özetleyebiliriz:
Dünya’dan getirilen gazlar:
- Azot
- Oksijen
- Gerektiğinde solunabilir hava
- Uzay yürüyüşleri ve acil durumlar için yüksek basınçlı gazlar
İstasyonda üretilen veya geri kazanılan kaynaklar:
- Suyun elektroliziyle oksijen
- Karbondioksit ve hidrojenin Sabatier tepkimesiyle su
- Atık su ve kabin neminden geri kazanılan su
Bütün bu sistemler birlikte çalışır. Dolayısıyla astronotların soluduğu hava, belirli aralıklarla Dünya’dan gelen yeni gazlarla desteklenen ve istasyonun içinde sürekli temizlenen ve dengelenen bir atmosferdir.
Neden Önemli?
Uluslararası Uzay İstasyonu’nda yaşamın sürdürülebilmesi, Dünya’dan düzenli olarak malzeme gönderilmesine bağlı olsa da her kaynağın tek kullanımlık olarak taşınması mümkün değildir. Su ve oksijenin yeniden kazanılması, karbondioksitin uzaklaştırılması ve atmosfer gazlarının gerektiğinde ikmal edilmesi, UUİ’yi uzun süreli insanlı uzay uçuşları için önemli bir teknoloji laboratuvarına dönüştürüyor. Bu sistemlerin önemi, UUİ’nin ötesindeki görevlerde daha da artıyor. Ay veya Mars’a yapılacak uzun süreli insanlı görevlerde Dünya’dan düzenli ikmal yapmak çok daha zor olacağından, suyun, oksijenin ve diğer yaşam destek kaynaklarının mümkün olduğunca yüksek oranda geri kazanılması gerekecek. UUİ’de astronotların soluduğu havanın arkasındaki teknoloji bu nedenle yalnızca bugünkü uzay istasyonunun yaşam destek sistemi olarak görülmüyor. Dünya’dan uzaklaşan insanlı uzay araçlarının aylar veya yıllar boyunca kendi kaynaklarını yönetebilmesinin temelini oluşturan teknolojiler arasında yer alıyor.