فضانوردان در طول سفرهای فضایی خود با چالش‌های متعددی روبرو هستند که یکی از آنها دفع ادرار در شرایط بدون جاذبه است. سیستم‌های سنتی مورد استفاده تاکنون ناکارآمد و ناراحت‌کننده بوده‌اند و با افزایش طول مأموریت‌های فضایی، نیاز به راه‌حل‌های جدید و کارآمدتر احساس می‌شد.
در این راستا، محققان دانشگاه کرنل با الهام از رمان علمی تخیلی “تلماسه” و لباس‌های فضایی فوق‌العاده آن، سیستمی نوین برای جمع‌آوری و تصفیه ادرار در فضا را ابداع کرده‌اند. این سیستم با استفاده از فناوری‌های پیشرفته، ادرار فضانوردان را به آب آشامیدنی سالم تبدیل می‌کند و گامی مهم در جهت ارتقای بهداشت و رفاه فضانوردان در طول مأموریت‌های فضایی محسوب می‌شود.
در ادامه این مطلب از سایت Abazi ، به بررسی این سیستم نوین و مزایای آن برای سفرهای فضایی خواهیم پرداخت.
فهرست مطالب
ادرار در فضا ، دیگر دور ریختنی نیست!
شما تا به حال فکر کرده‌اید فضانوردان در جاذبه‌ی صفر چطور به دستشویی می‌روند؟ به لطف یک وسیله‌ی جدید مبتنی بر آب، این کار قرار است خیلی راحت‌تر شود.
تحقیقات اخیر، راه‌حل کاربردی‌ای برای مشکل نه چندان جذاب مدیریت پسماند ادرار در فضا در ماموریت‌های فضایی تایید می‌کند. محققان دانشگاه کرنل، نمونه‌ی اولیه‌ی یک سیستم جمع‌آوری و تصفیه‌ی ادرار برای لباس‌های فضانوردی را توسعه داده‌اند.
تأمین آب برای فضانوردان
به یاد رمان «تلماسه» و لباس‌های فضایی فوق‌العاده‌ای می‌افتیم که به شخصیت‌های داستان اجازه می‌داد با بازیافت هر قطره رطوبت بدنشان در بیابان زنده بمانند.
چه کسی فکر می‌کرد این ایده خارق‌العاده روزی به واقعیت تبدیل شود؟ خوشبختانه، با تلاش سوفیا اتلین و تیمش در دانشگاه کرنل، این اتفاق افتاده است.
طراحی این تیم شامل یک سوند خارجی مبتنی بر خلاء است که به یک واحد اسمز کننده منتهی می‌شود. این سیستم هوشمندانه ادرار فضانوردان را جمع‌آوری و تصفیه می‌کند و آن را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند.
اتلین، پژوهشگر دانشگاه کرنل و نویسنده‌ی اول این مطالعه، اشاره کرد که این تامین آب دائمی با چندین مکانیزم ایمنی همراه است تا از سلامت فضانوردان اطمینان حاصل شود.
بازطراحی لباس‌های فضایی
ماموریت‌های پیش‌بینی‌شده ناسا به ماه و مریخ، چالش‌های جدیدی را به همراه دارند که نیازمند راه‌حل‌های پیچیده‌تری هستند. سیستم‌های سنتی «لباس با حداکثر جذب» (MAG) برای فضانوردان که از ناراحتی و مشکلات بهداشتی شکایت داشتند، یک مانع به شمار می‌آمدند.
از آنجایی که انتظار می‌رود مأموریت‌ها طولانی‌تر از گذشته شوند، سیستم‌های موجود که از دهه ۱۹۷۰ ارتقاء قابل توجهی نداشته‌اند، زیر ذره‌بین قرار گرفته‌اند.
اتلین گفت: «گزارش شده است که سیستم MAG نشتی داشته و باعث مشکلات سلامتی مانند عفونت‌های مجاری ادراری و ناراحتی‌های گوارشی شده است. علاوه بر این، فضانوردان در حال حاضر تنها یک لیتر آب در کیسه‌های نوشیدنی داخل لباس خود دارند.
این مقدار برای راه‌پیمایی‌های فضایی ماه که قرار است طولانی‌تر شوند و می‌توانند تا ده ساعت و حتی در شرایط اضطراری تا 24 ساعت به طول بینجامند، کافی نیست.»
آینده بهداشت در سفرهای فضایی
پژوهشگران پاسخی پیشرفته به این مشکلات ارائه کرده‌اند. این سیستم جدید جمع‌آوری ادرار در فضا شامل زیرپوشی ساخته شده از لایه‌های پارچه‌ای انعطاف‌پذیر، یک فنجان جمع‌آوری با شکل و اندازه متفاوت برای مردان و زنان و یک پمپ خلائی متصل به هیدروژل با برچسب RFID می‌شود.
اتلین گفت: «این طراحی شامل یک سوند خارجی مبتنی بر خلاء است که به یک واحد اسمز کننده ترکیبی با قابلیت اسمز معکوس منتهی می‌شود و با چندین مکانیزم ایمنی، آب آشامیدنی را به طور مداوم برای فضانوردان و با در نظر گرفتن سلامتی آنها تأمین می‌کند.»
پس از جمع‌آوری ادرار فضانوردان ، آن از طریق یک سیستم فیلتراسیون ترکیبی با اسمز مستقیم و اسمز معکوس بازیافت می‌شود و ۸۷ درصد از این پسماند تنها در پنج دقیقه به آب آشامیدنی تبدیل می‌شود. علاوه بر این، این سیستم نوشیدنی‌های بدون کافئین و پرانرژی را نیز در اختیار فضانوردان قرار می‌دهد، که ویژگی مورد تقاضای زیادی است.
آزمایش برای اطمینان از آب آشامیدنی سالم برای فضانوردان
تمام اجزا، از پمپ‌های کنترل، حسگرها و حتی یک صفحه‌نمایش کریستال مایع، به طور مرتب در این دستگاه قرار گرفته‌اند. این سیستم توسط یک باتری ۲۰.۵ ولتی تغذیه می‌شود و تنها حدود هشت کیلوگرم وزن دارد.
دکتر کریستوفر میسون، سرپرست این مطالعه، خاطرنشان کرد: «سیستم ما را می‌توان در شرایط شبیه‌سازی‌شده بدون گرانش آزمایش کرد، زیرا بدون‌گرانشی مهم‌ترین عامل فضایی است که باید در نظر بگیریم. این آزمایش‌ها قبل از استقرار سیستم در مأموریت‌های واقعی فضایی، از عملکرد و ایمنی آن اطمینان حاصل می‌کند.»
افزایش پایداری با کشاورزی فضایی
پیامدهای این سیستم نوآورانه‌ی بازیافت ادرار در فضا فراتر از رفع تشنگی فضانوردان است. پتانسیل تبدیل زباله به آب با برنامه‌های کشاورزی فضایی پایدار همسو می‌شود.
با ادغام این سیستم با واحدهای هیدروپونیک یا آئروپونیک در فضاپیما یا زیستگاه‌های آینده مریخ، فضانوردان می‌توانند از آب تصفیه‌شده برای تغذیه گیاهان استفاده کنند.
این کار نه تنها چرخه زباله را می‌بندد، بلکه با تأمین محصولات تازه و کمک به سلامت روان از طریق وجود سرسبزی در فضا، نقش مهمی در مأموریت‌های بلندمدت ایفا می‌کند.
چالش‌های پیش روی سیستم نوین جمع‌آوری و تصفیه ادرار در فضا
اگرچه سیستم نوین جمع‌آوری و تصفیه ادرار در فضا مزایای قابل توجهی برای سفرهای فضایی به ارمغان می‌آورد، اما چالش‌هایی نیز برای عملی شدن و استفاده گسترده از آن وجود دارد.
برخی از مهم‌ترین این چالشها عبارتند از:
1. اطمینان از عملکرد در شرایط مختلف فضایی:
- این سیستم باید در شرایط مختلف جاذبه، از جمله بدون جاذبه کامل، به‌طور قابل اعتماد کار کند.
- لرزش‌ها و نوسانات شدید که در طول پرتاب و فرود موشک فضایی رخ می‌دهد، نباید بر عملکرد سیستم تأثیر منفی بگذارد.
- تغییرات شدید دما در فضا، از گرمای شدید نور خورشید تا سرمای شدید سایه، نباید به اجزای سیستم آسیب برساند.
2. افزایش کارایی و کاهش ابعاد:
- در حال حاضر، این سیستم 8 کیلوگرم وزن دارد که برای استفاده در لباس‌های فضایی سنگین محسوب می‌شود.
- برای استفاده عملی در مأموریت‌های فضایی، باید وزن و ابعاد سیستم به طور قابل توجهی کاهش یابد.
- همچنین، باید راندمان تصفیه ادرار را افزایش داد تا از هدر رفتن آب و انرژی جلوگیری شود.
3. تضمین استریل بودن و ایمنی آب آشامیدنی:
- سیستم باید به‌طور کامل ادرار را از هرگونه آلودگی میکروبی، ویروسی و شیمیایی پاک کند تا از سلامت فضانوردان محافظت شود.
- باید از مواد و اجزای باکیفیت و غیرسمی در ساخت سیستم استفاده شود تا از ورود هرگونه آلاینده به آب آشامیدنی جلوگیری شود.
- باید به طور مرتب تست و پایش شود تا از عملکرد صحیح و ایمن آن اطمینان حاصل شود.
4. مقابله با تنوع فیزیولوژیکی فضانوردان:
- این سیستم باید برای جمع‌آوری و تصفیه ادرار در فضا با جنسیت، سن، نژاد و شرایط فیزیولوژیکی مختلف طراحی شود.
- ممکن است لازم باشد تنظیماتی در سیستم برای افراد دارای شرایط خاص پزشکی یا رژیم‌های غذایی متفاوت انجام شود.
5. پذیرش و عادت کردن فضانوردان:
- برخی از فضانوردان ممکن است در ابتدا با استفاده از این سیستم و نوشیدن آب تصفیه‌شده از ادرار خود مشکل داشته باشند.
- آموزش و کار روانی با فضانوردان برای جلب اعتماد و پذیرش آنها نسبت به این سیستم ضروری است.
6. مقررات و قوانین:
- ممکن است لازم باشد قوانین و مقررات مربوط به استفاده از آب تصفیه‌شده از ادرار در فضا توسط آژانس‌های فضایی و سازمان‌های بین‌المللی تدوین شود.
- باید اطمینان حاصل شود که استفاده از این سیستم با استانداردهای بهداشتی و ایمنی فضایی مطابقت دارد.
7. توسعه سیستم‌های مرتبط:
- برای بهره‌برداری کامل از مزایای این سیستم، باید سیستم‌های مرتبط مانند واحدهای هیدروپونیک یا آئروپونیک برای استفاده از آب تصفیه‌شده برای کشاورزی فضایی توسعه یابد.
- همچنین باید سیستم‌های ذخیره‌سازی و توزیع آب آشامیدنی در فضاپیماها یا پایگاه‌های فضایی ارتقا یابد.
با وجود این چالشها، تلاش‌های تحقیقاتی و نوآورانه برای غلبه بر آنها و عملی کردن این سیستم نوین ادامه دارد. استفاده از این سیستم می‌تواند گامی مهم در جهت ارتقای بهداشت، رفاه و پایداری در سفرهای فضایی طولانی‌تر به ماه، مریخ و فراتر از آن باشد.
علاوه بر چالش‌های ذکر شده، به نکات زیر نیز توجه داشته باشید:
- هزینه بالای توسعه و ساخت این سیستم می‌تواند مانعی برای استفاده گسترده از آن باشد.
- برخی افراد ممکن است از نظر اخلاقی با استفاده از آب تصفیه‌شده از ادرار برای نوشیدن مشکل داشته باشند.
- استفاده از این سیستم ممکن است نیاز به آموزش و تمرین برای فضانوردان داشته باشد.
با وجود این چالشها، پتانسیل فواید این سیستم نوین انگیزه کافی برای ادامه تلاش‌ها برای غلبه بر آنها و عملی کردن آن را فراهم می‌کند.
کلام آخر
فناوری بازیافت ادرار در فضا ، امیدی برای غلبه بر چالش کمبود آب
سیستم نوین جمع‌آوری و تصفیه ادرار، گامی بزرگ در جهت ارتقای بهداشت و رفاه فضانوردان در طول سفرهای فضایی به شمار می‌رود. این سیستم که با الهام از رمان علمی تخیلی “تلماسه” طراحی شده است، مزایای متعددی را به ارمغان می‌آورد:
- تبدیل ادرار به آب آشامیدنی: این سیستم 87 درصد از ادرار را در عرض 5 دقیقه به آب آشامیدنی سالم تبدیل می‌کند.
- کاهش مصرف آب: با بازیافت ادرار، نیاز به حمل آب آشامیدنی به فضا به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
- افزایش بهداشت: جمع‌آوری و تصفیه ادرار در داخل لباس فضانوردی، از انتشار آلودگی و بوی بد جلوگیری می‌کند.
- ارائه نوشیدنی‌های پرانرژی: این سیستم علاوه بر آب آشامیدنی، نوشیدنی‌های بدون کافئین و پرانرژی را نیز در اختیار فضانوردان قرار می‌دهد.
- پایداری بیشتر: این سیستم با برنامه‌های کشاورزی فضایی پایدار همسو شده و می‌تواند برای آبیاری گیاهان در فضاپیما یا پایگاه‌های فضایی استفاده شود.
با وجود چالش‌هایی مانند اطمینان از عملکرد در شرایط مختلف فضایی و افزایش کارایی، این سیستم نوین پتانسیل تبدیل شدن به انقلابی در بهداشت فضایی و مأموریت‌های فضایی طولانی‌تر را دارد.
تاریخ آخرین آپدیت: ۲۶ام تیر ۱۴۰۳
