تامین آب فضا نوردان از عرق و ادرارشان

به نقل از اسپیس، فضانوردان در «ایستگاه فضایی بین‌المللی»(ISS) به نرخ بازیافت ۹۸ درصدی آب دست یافته‌اند اما این کار را با روشی انجام داده‌اند که ممکن است کمی خجالت‌آور باشد زیرا آنها به اوج بازیافت ادرار فضانوردان رسیده‌اند.

دستاورد بازیافت آب، یک نقطه عطف مهم برای ماموریت‌های فضایی در مدار پایین زمین به شمار می‌رود که هدف از آن، تامین کردن نیازهای اولیه فضانوردان بدون ماموریت‌های تامین مجدد است. این دستاورد به معنای بازیافت چیزهایی مانند غذا، هوا و آب است.

فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی، هر روز به حدود یک گالن آب برای نوشیدن، تهیه غذا و کارهای بهداشتی مانند مسواک زدن نیاز دارند. هدف ایده‌آل در مورد آب، بازیابی ۹۸ درصدی آب اولیه است که خدمه در آغاز ماموریت‌های طولانی‌تر با خود به فضا می‌برند.

«کریستوفر براون»(Christopher Brown) از اعضای گروه «مرکز فضایی جانسون»(JSC) که سیستم‌های پشتیبانی حیات را در ایستگاه فضایی بین‌المللی مدیریت می‌کند، گفت: این یک گام بسیار مهم در تکامل سیستم‌های پشتیبانی حیات است. فرض کنید با ۱۰۰ پوند آب به فضا پرتاب می‌شوید. دو درصد آن را از دست می‌دهید و ۹۸ درصد دیگر بازیافت می‌شود. حفظ کردن این روند، یک دستاورد بسیار عالی است.

نقطه عطف بازیافت آب توسط «سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی»(ECLSS) با کمک «بخش پردازشگر ادرار»(UPA) به دست آمد که آب را از ادرار استخراج می‌کند.

سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی، ترکیبی از سخت‌افزارهایی مانند سیستم بازیافت آب است که فاضلاب را جمع‌آوری می‌کند و رطوبت‌گیرهای پیشرفته که رطوبت حاصل از تنفس و عرق خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی را جذب می‌کند. رطوبت جمع‌آوری‌شده به «بخش پردازشگر آب»(WPA) فرستاده می‌شود تا آب آشامیدنی از آن به دست بیاید.

بخش پردازشگر ادرار در سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی، ادرار را تقطیر می‌کند اما آب نمک به عنوان محصول جانبی این فرآیند تولید می‌شود و همچنان حاوی مقداری آب استفاده‌ نشده است. در این آزمایش، «بخش پردازشگر آب نمک»(BPA) برای استخراج مقادیر به جا مانده، به بخش پردازشگر ادرار اضافه شد. بخش پردازشگر آب نمک، به عملیات خود در محیط ریزگرانش فضا ادامه داد و سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی را به هدف ۹۸ درصد رساند.

«جیل ویلیامسون»(Jill Williamson) مدیر زیرسیستم‌های آب در بخش کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی گفت: پیش از به کار گرفتن بخش پردازشگر آب نمک، کل بازیابی آب ما بین ۹۳ تا ۹۴ درصد بود. ما اکنون نشان داده‌ایم که به لطف پردازنده آب نمک می‌توانیم به بازیابی کلی ۹۸ درصد برسیم.

بخش پردازشگر آب نمک، آب نمک ایجاد شده توسط بخش پردازشگر ادرار را می‌گیرد و آن را از میان یک مجموعه غشاهای ویژه عبور می‌دهد تا محتوای آب آن تبخیر شود. این کار به ایجاد هوای مرطوب منجر می‌شود که به فرآیند تنفس خدمه ایستگاه فضایی بین‌المللی بی‌شباهت نیست. رطوبت به دست آمده را می‌توان با رطوبت‌گیرهای بخش کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی جمع‌آوری کرد.

مانند سایر فاضلاب‌های جمع‌آوری شده، فاضلاب ناشی از این آب نیز با فیلترهای تخصصی و یک رآکتور کاتالیزوری در بخش پردازشگر آب تصفیه می‌شود و هر گونه آلودگی را که ممکن است باقی بماند، تجزیه می‌کند. سپس، حسگرها خلوص آب را با آبی مقایسه می‌کنند که با استانداردهای پردازش مجدد مطابقت ندارد. برای جلوگیری از رشد میکروب‌ها، ید به آب قابل قبول اضافه می‌شود و سپس، آب برای خدمه ذخیره می‌شود تا بعدا مورد استفاده قرار بگیرد.

اگر چنین روشی، این پرسش را ایجاد کند که آیا فضانوردان ما در فضا ادرار می‌نوشند، پاسخ روشن است؛ قطعا پاسخ مثبت نیست. این گروه پژوهشی خاطر نشان کردند که در واقع آب تولید شده در ایستگاه فضایی بین‌المللی، نسبت به آنچه سیستم‌های آب شهری روی زمین تولید می‌کنند، بهتر است.

ویلیامسون گفت: این روش پردازش اساسا مشابه برخی از سیستم‌های توزیع آب زمینی است و فقط در شرایط ریزگرانش انجام می‌شود. خدمه ایستگاه فضایی، ادرار نمی‌نوشند، بلکه از آب آشامیدنی استفاده می‌کنند که بازیافت‌، تصفیه و تمیز شده است؛ به طوری که تمیزتر از آبی است که ما روی زمین می‌نوشیم.

وی افزود: ما فرآیندهای زیادی را در اختیار داریم و آزمایش‌های زیادی را انجام می‌دهیم تا اطمینان حاصل کنیم که آب تمیز و آشامیدنی تولید می‌شود.

سیستم‌های بخش کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی، به دقت آزمایش می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که طبق برنامه عمل می‌کنند و نشان می‌دهند که هر عنصر می‌تواند در بلندمدت بدون نیاز به تعمیر و نگهداری یا قطعات یدکی جایگزین کار کند.

نقطه عطف ۹۸ درصدی، یک نقطه عطف برای مأموریت‌های فضایی آینده است که کمک می‌کند تا فضانوردان در طول اقامت بلندمدت در سطح ماه و مأموریت‌های سرنشین‌دار به مریخ، زمان بیشتری را در فضا بگذرانند.

ویلیامسون گفت: با فراتر رفتن از مدار پایین زمین، سیستم‌های احیاکننده بخش کنترل محیطی و پشتیبانی از زندگی، اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. ناتوانی در تامین مجدد طی روند اکتشاف به این معناست که ما باید بتوانیم همه منابع مورد نیاز خدمه را در این ماموریت‌ها بازیافت کنیم. در اختیار داشتن سیستم‌های احیاکننده قابل اعتماد و قوی به این معناست که خدمه دیگر مجبور نیستند نگران منابع باشند و می‌توانند بر هدف واقعی ماموریت خود تمرکز کنند.