Rikthimi i ujit është thelbësor për stacionet hapësinore dhe misionet afatgjata − një inxhinier mjedisi shpjegon si funksionon ISS

Kur jeni në një udhëtim kampingu, mund t’ju duhet të paketoni ushqimin tuaj dhe ndoshta diçka për të filtruar ose trajtuar ujin që gjeni. Por imagjinoni që kampi juaj është në hapësirë, ku nuk ka ujë, dhe paketimi i kavanozave me ujë do të merrte hapësirë kur çdo centimetër i hapësirës së ngarkesës është i rëndësishëm. Kjo është një sfidë kryesore që inxhinierët përballën kur dizajnojnë Stacionin Ndërkombëtar të Hapësirës.

Para se NASA të zhvillonte një sistem të avancuar të riciklimit të ujit, uji përbënte pothuajse gjysmën e ngarkesës së raketave që shkonin në ISS. Unë jam një inxhinier mjedisor dhe kam kryer kërkime në Laboratorin e Shkencave të Jetës Hapësinore në Qendrën Hapësinore Kennedy. Si pjesë e këtij punimi, ndihmova në zhvillimin e një sistemi të mbyllur të rikuperimit të ujit.

Sot, NASA rikuperon mbi 90% të ujit të përdorur në hapësirë. Ujë i pastër mban të hidratuar, higjienik dhe të ushqyer një ekuipazh astronautësh, pasi mund ta përdorë për të ripërthyer ushqimin. Rikuperimi i ujit të përdorur është një gur themeli i mbështetjes së jetës me cikël të mbyllur, e cila është thelbësore për bazat e ardhshme në hënë, misionet në Mars dhe madje për vendbanimet potenciale në hapësirë.

sistemi i kontrollit mjedisor dhe mbështetjes së jetesës është një grup pajisjesh dhe procese që kryejnë disa funksione për të menaxhuar cilësinë e ajrit dhe ujit, mbeturinat, presionin atmosferik dhe sistemet e përgjigjes së emergjencës siç janë zbulimi dhe shuarja e zjarrit. Sistemi i rikuperimit të ujit − një komponent i kontrollit mjedisor dhe mbështetjes së jetesës − mbështet astronautët në bord të ISS-së dhe luan një rol qendror në riciklimin e ujit.

Sistemet e ujit të ndërtuara për mikrogravitet

Në mjedise mikrograviteti si ISS, çdo formë e ujit të disponueshëm është e vlefshme. Sistemët e rikuperimit të ujit në ISS mbledhin ujë nga disa burime, duke përfshirë urinën, lagështinë në ajrin e kabinës dhe higjienën – që do të thotë nga aktivitetet si larja e dhëmbëve.

Në Tokë, uji i papërpunuar përfshin lloje të ndryshme ujërash: ujin e papërpunuar rezidencial nga lavamanët, dushët dhe tualetet; ujin industrial nga fabrikat dhe proceset e prodhimit; dhe rrjedhjet bujqësore, të cilat përmbajnë plehra dhe pesticide.

Në hapësirë, uji i papërpunuar i astronautëve është shumë më i përqendruar sesa uji i papërpunuar në Tokë. Ai përmban shumë më shumë niveli të ureës – një përbërës nga urina – kripera, dhe surfaktantë nga sapunët dhe materialet e përdorura për higjienë. Për ta bërë ujin të sigurt për t’u pirë, sistemi duhet të heqë të gjitha këto shpejt dhe në mënyrë efektive.

Sistemet rikuperimit të ujit që përdoren në hapësirë përdorin disa nga parimet e trajtimit të ujit në Tokë. Megjithatë, ato janë projektuar posaçërisht për të funksionuar në mikrogravitet me mirëmbajtje minimale. Këto sisteme gjithashtu duhet të funksionojnë për muaj ose madje vite pa nevojën për pjesë zëvendësuese ose ndërhyrje manuale.

Sistemi rikuperimit të ujit të NASA-s kap dhe riciklon pothuajse të gjitha format e ujit të përdorur ose të gjeneruar në bord të stacionit hapësinor. Ai drejton ujin e mbledhur të papërpunuar drejt një sistemi të quajtur assemblimi i përpunuesit të ujit, ku ai pastrohet në ujë të sigurt dhe të pijshëm që i kalon shumë standardeve të ujit të pijshëm në Tokë.

Sistemi i rikuperimit dhe trajtimit të ujit në ISS përbëhet nga disa nën-sisteme.

Rikuperimi i ujit nga urina dhe djersa

Asambleja e përpunuesit të urinë rikuperon rreth 75% të ujit nga urina duke ngrohur dhe kompresuar me vakuum. Uji i rikuperuar dërgohet në asamblejen e përpunuesit të ujit për trajtim të mëtejshëm. Lëngu i mbetur, i quajtur kripë, përmban ende një sasi të konsiderueshme uji. Prandaj, NASA zhvilloi një sistem të përpunimit të kripës për të nxjerrë fraksionin përfundimtar të ujit nga kjo kripë urinarie.

Në asamblenë e përpunuesit të kripës, ajri i ngrohtë dhe i thatë avullon ujin nga kripa e mbetur. Një filtër ndan ndotësit nga avulli i ujit, dhe avulli i ujit grumbullohet për t'u bërë ujë pijes. Kjo inovacion shtyu normën e përgjithshme të rikuperimit të ujit në sistemin e ujit në një nivel impresionues prej 98%. 2% e mbetur bashkohet me mbetjet e tjera të krijuara.

Sistemi i rinovimit të ajrit kondenson lagështinë nga ajri i kabinës – kryesisht avull uji nga djersa dhe frymëmarrja – në ujë të lëngshëm. Ai drejton ujin e rikuperuar në grupin e përpunuesit të ujit, i cili trajton të gjithë ujin e mbledhur.

Trajtimi i ujit të rikuperuar

Procesi i trajtimit të grupit të përpunimit të ujit përfshin disa hapa.

Së pari, i gjithë uji i rikuperuar kalon përmes filtreve për të hequr grimcat e pezulluara si pluhuri. Pastaj, një seri filtrash heq kriprat dhe disa ndotës organikë, pas së cilës ndiqet një proces kimik i quajtur oksidimi katalitik që përdor nxehtësi dhe oksigjen për të shkatërruar përbërësit organikë të mbetur. Hapi përfundimtar është shtimi i jodit në ujë për të parandaluar rritjen mikrobiologjike ndërsa ruhet.

Rezultati është ujë i pijshëm — më i pastër se uji i rubinetit bashkiak në Tokë.

Arritja në Mars dhe përtej

Për të bërë të mundur misionet njerëzore në Mars, NASA ka vlerësuar se anijet kozmike duhet të rikuperojnë të paktën 98% të ujit të përdorur në bord. Ndërsa udhëtimi i vetëmbajtjes në Mars është ende disa vjet larg, përpunuesi i ri i kripës në ISS ka rritur shkallën e rikuperimit të ujit aq shumë sa që ky qëllim prej tani është i arritshëm. Megjithatë, nevojitet më shumë punë për të zhvilluar një sistem të përshtatshëm që mund të përdoret në një anije kozmike.

Udhëtimi drejt Marsit është kompleks, jo vetëm për shkak të distancës së përfshirë, por edhe sepse Marsi dhe Toka janë vazhdimisht duke lëvizur në orbitat e tyre rreth Diellit.

Distanca midis dy planetëve ndryshon në varësi të pozicioneve të tyre. Mesatarisht, ato janë rreth 140 milionë milje (225 milionë km) larg njëra-tjetrës, me afrimin më të shkurtër teorik, kur orbitat e dy planetëve i afrojnë ato së bashku, duke marrë 33.9 milionë milje (54.6 milionë km).

Një mision i zakonshëm me ekuipazh është parashikuar të zgjasë rreth nëntë muaj një rrugë. Një mision i kthimit të plotë në Mars, duke përfshirë operacionet në sipërfaqe dhe planifikimin e trajektoreve të kthimit, mund të zgjasë rreth tre vjet. Për më tepër, dritaret e nisjes ndodhin vetëm çdo 26 muaj, kur Toka dhe Marsi rreshtohen në mënyrë favorizuese.

Ndërsa NASA përgatitet të dërgojë njerëz në eksplorime shumëvjeçare në planetin e kuq, agjencitë hapësinore në mbarë botën vazhdojnë të përqendrohen në përmirësimin e propulsionit dhe përsosjen e sistemeve të mbështetjes së jetës. Përparimet në sistemet me cikël të mbyllur, mbështetjen robotike dhe operacionet autonome janë të gjitha duke afruar ëndrrën për të vendosur njerëz në Mars më pranë realitetit.