Widok z boku całego systemu, noszonego jako plecak. Źródło: Karen Morales
Nowy system filtracji moczu w skafandrze kosmicznym opracowany przez badaczy z Cornell przetwarza mocz astronautów w wodę pitną, mając na celu poprawę komfortu i wydajności na przyszłych Księżycach i Ziemiach. Mars misje.
Obecnie astronauci podczas spacerów kosmicznych muszą załatwiać potrzeby w skafandrach kosmicznych. Jest to nie tylko niewygodne i niehigieniczne, ale także marnotrawstwo. W odróżnieniu od systemu gospodarki ściekowej na ul Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) woda z moczu podczas spacerów kosmicznych nie jest poddawana recyklingowi.
Naukowcy z Cornell rozwiązują ten problem, tworząc nowatorski system gromadzenia i filtrowania moczu inspirowany „stillsuitami” z serii science-fiction Dune. Podobnie jak te filtry, ich prototyp pochłania i oczyszcza mocz, a następnie przetwarza go w wodę pitną.
Sofia Etlin, pracownik naukowy w Weill Cornell Medicine i Cornell University oraz pierwsza autorka badania, wyjaśniła: „Projekt obejmuje zewnętrzny cewnik działający na zasadzie próżni, który prowadzi do połączonego urządzenia do osmozy typu forward-reverse osmosis, zapewniającego ciągły dopływ woda pitna z wieloma mechanizmami bezpieczeństwa zapewniającymi dobre samopoczucie astronautów”.
Ten nowy projekt został niedawno opublikowany w Granice w technologiach kosmicznych.
Kubki do zbierania moczu do odzieży o maksymalnej chłonności dla mężczyzn. Źródło: Luca Bielski
Przyszłe misje i obecne wyzwania
W latach 2025 i 2026 NASA planuje misje Artemis II i III, podczas których załoga okrąży Księżyc odpowiednio i wyląduje na jego biegunie południowym. Oczekuje się, że na początku lat trzydziestych XXI wieku nastąpią misje załogowe na Marsa. Jednak astronauci od dawna narzekali na brak komfortu i higieny istniejącej odzieży o maksymalnej chłonności (MAG) – systemu gospodarowania odpadami stosowanego w tradycyjnych skafandrach kosmicznych NASA – stosowanego od końca lat 70. XX wieku – który działa jak wielowarstwowa pieluszka dla dorosłych wykonana z superchłonny polimer.
Widok całego systemu z tyłu, noszony jako plecak. Źródło: Karen Morales
Nowe rozwiązania starych problemów
„Zgodnie z doniesieniami MAG wyciekł i spowodował problemy zdrowotne, takie jak infekcje dróg moczowych i problemy żołądkowo-jelitowe. Ponadto astronauci mają obecnie tylko jeden litr wody w swoich torbach na napoje w kombinezonach. To za mało w przypadku planowanych, dłuższych spacerów kosmicznych na Księżyc, które mogą trwać dziesięć godzin, a w sytuacji awaryjnej nawet do 24 godzin” – stwierdził Etlin.
Astronauci poprosili również o skrócenie w przyszłych skafandrach czasu potrzebnego na napełnienie i odgazowanie torebek z napojami umieszczonych w skafandrze oraz o dodanie osobnego zapasu wysokoenergetycznych napojów bez kofeiny.
Prototyp odzieży do pobierania moczu. Źródło: Claire Walter
Innowacyjny projekt pobierania moczu
Mając na uwadze wszystkie te cele, Etlin i współpracownicy zaprojektowali urządzenie do zbierania moczu, składające się z bielizny wykonanej z wielu warstw elastycznego materiału. Łączy się to z miseczką zbiorczą (o innym kształcie i rozmiarze dla kobiet i mężczyzn) wykonaną z formowanego silikonu, pasującą do genitaliów.
Wewnętrzna strona pojemnika zbiorczego jest wyłożona mikrofibrą poliestrową lub mieszanką nylonu i spandexu, która odprowadza mocz z dala od ciała w kierunku wewnętrznej powierzchni kubka, skąd jest zasysany przez pompę próżniową. Etykieta RFID połączona z chłonnym hydrożelem reaguje na wilgoć, uruchamiając pompę.
Po zebraniu mocz jest kierowany do systemu filtracji moczu, gdzie jest poddawany recyklingowi ze skutecznością 87% w dwuetapowym, zintegrowanym systemie filtracji z zastosowaniem przedniej i odwróconej osmozy. Wykorzystuje gradient stężeń do usuwania wody z moczu oraz pompę do oddzielania wody od soli. Oczyszczona woda jest następnie wzbogacana w elektrolity i pompowana do znajdującej się w kombinezonie torby na napoje, ponownie nadającej się do spożycia. Pobranie i oczyszczenie 500ml moczu zajmuje tylko pięć minut.
Testowanie i wdrożenie nowego systemu
System, który integruje pompy sterujące, czujniki i wyświetlacz ciekłokrystaliczny, zasilany jest akumulatorem 20,5 V o pojemności 40 amperogodzin. Jego całkowite wymiary to 38 na 23 na 23 cm, a waga około ośmiu kilogramów: jest wystarczająco kompaktowy i lekki, aby można go było nosić z tyłu skafandra kosmicznego.
Teraz, gdy prototyp jest już dostępny, nowy projekt będzie można przetestować w symulowanych warunkach, a następnie podczas prawdziwych spacerów kosmicznych.
„Nasz system można przetestować w symulowanych warunkach mikrograwitacji, ponieważ mikrograwitacja jest głównym czynnikiem przestrzennym, który musimy uwzględnić. Testy te zapewnią funkcjonalność i bezpieczeństwo systemu, zanim zostanie on zastosowany w rzeczywistych misjach kosmicznych” – podsumował dr Christopher E Mason, profesor w tym samym instytucie co Etlin i główny autor badania.
Odniesienie: „Zwiększona higiena astronautów i efektywność misji: nowatorskie podejście do zarządzania odpadami w skafandrach i odzyskiwania wody podczas spacerów kosmicznych” autorstwa Sofii Etlin, Luca Bielskiego, Julianny Rose, Karen Morales, Avery Belman, Emma Alexander, Emma Li, Richard Lin, Krishna Patel, Stephanie Rakhmonova, Claire Walter i Christopher E. Mason, 15 maja 2024 r., Granice w technologiach kosmicznych.
DOI: 10.3389/frspt.2024.1391200
