عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.
تطفو المحطة الفضائية الدولية في مدار منخفض الأرض. | الائتمان: ناسا
تم نشر هذا المقال في الأصل في المحادثة. ساهم المنشور بالمقال في space.com أصوات الخبراء:.
عندما تكون في رحلة تخييم ، قد تضطر إلى تعبئة طعامك وربما شيء لتصفية أو علاج المياه التي تجدها. لكن تخيل أن موقع المخيم الخاص بك في الفضاء ، حيث لا يوجد ماء ، وسيشغل تعبئة أباريق المياه مساحة عندما يتم احتساب كل شبر من مساحة البضائع. هذا تحدي رئيسي واجههم المهندسون عند تصميم محطة الفضاء الدولية.
قبل أن تطور ناسا نظامًا متقدمًا لإعادة تدوير المياه ، شكلت المياه ما يقرب من نصف الحمولة المكوكية التي تسافر إلى محطة الفضاء الدولية. أنا مهندس بيئي وأجرت أبحاثًا في مختبر علوم الحياة الفضائية في مركز كينيدي للفضاء. كجزء من هذا العمل ، ساعدت في تطوير نظام استرداد المياه المغلق.
اليوم ، تسترد ناسا أكثر من 90 ٪ من المياه المستخدمة في الفضاء. تبقي المياه النظيفة طاقم رائد الفضاء رطبًا وصحيًا وتغذيًا ، حيث يمكنه استخدامه لترطيب الطعام. إن استرداد المياه المستخدمة هي حجر الزاوية في دعم الحياة المغلقة ، وهو أمر ضروري لقواعد القمر المستقبلية ، ومهام المريخ ، وحتى المستوطنات الفضائية المحتملة.
يعد نظام التحكم البيئي ودعم الحياة في ناسا مجموعة من المعدات والعمليات التي تؤدي عدة وظائف لإدارة جودة الهواء والمياه ، والنفايات ، والضغط الجوي ، وأنظمة الاستجابة للطوارئ مثل الكشف عن الحرائق والقمع. نظام استرداد المياه – أحد مكونات التحكم البيئي ودعم الحياة – يدعم رواد الفضاء على متن ISS ويلعب دورًا رئيسيًا في إعادة تدوير المياه.
أنظمة المياه المصممة للجاذبية الصغرى
في بيئات الجاذبية الصغرى مثل ISS ، كل شكل من أشكال المياه المتوفرة ذات قيمة. تقوم أنظمة استرداد المياه على ISS بجمع المياه من عدة مصادر ، بما في ذلك البول والرطوبة في هواء المقصورة والنظافة – وهذا يعني من أنشطة مثل تنظيف الأسنان بالفرشاة.
على الأرض ، تشمل المياه العادمة أنواعًا مختلفة من المياه: مياه الصرف الصحي السكنية من الأحواض والاستحمام والمراحيض ؛ مياه الصرف الصناعية من المصانع وعمليات التصنيع ؛ والجريان السطحي الزراعي ، الذي يحتوي على الأسمدة والمبيدات الحشرية.
في الفضاء ، تكون مياه الصرف الصحي رائد الفضاء أكثر تركيزًا من مياه الصرف الصحي الأرضية. أنه يحتوي على مستويات أعلى بكثير من اليوريا – مركب من البول – الأملاح ، والسطح من الصابون والمواد المستخدمة للنظافة. لجعل الماء آمنًا للشرب ، يحتاج النظام إلى إزالة كل هذه الأشياء بسرعة وفعالية.
تستخدم أنظمة استرداد المياه المستخدمة في الفضاء بعضًا من نفس مبادئ معالجة المياه الأرضية. ومع ذلك ، يتم تصميمها على وجه التحديد للعمل في الجاذبية الدقيقة مع الحد الأدنى من الصيانة. يجب أن تعمل هذه الأنظمة أيضًا لعدة أشهر أو حتى سنوات دون الحاجة إلى قطع الغيار أو التدخل العملي.
مياه الصرف الصحي لها خصائص مختلفة عن المياه المصفاة | الائتمان: Wateralex عبر Wikimedia Commons
يلتقط نظام استرداد المياه في ناسا ويعيد تدوير جميع أشكال المياه تقريبًا المستخدمة أو التي تم إنشاؤها على متن المحطة الفضائية. إنه يوجه مياه الصرف الصحي التي تم جمعها إلى نظام يسمى مجموعة معالج المياه ، حيث يتم تنقيته في مياه آمنة صالحة للشرب تتجاوز العديد من معايير مياه الشرب القائمة على الأرض.
يتكون نظام استرداد المياه والمعالجة على ISS من عدة أنظمة فرعية.
استرداد الماء من البول والعرق
تسترد مجموعة معالج البول حوالي 75 ٪ من الماء من البول عن طريق التدفئة والضغط الفراغي. يتم إرسال المياه المستردة إلى مجموعة معالج المياه لمزيد من المعالجة. لا يزال السائل المتبقي ، المسمى محلول ملحي ، يحتوي على كمية كبيرة من الماء. لذلك ، طورت ناسا نظام تجميع معالج محلول ملحي لاستخراج الكسر النهائي من الماء من هذا البول محلول ملحي.
في مجموعة المعالج الملحي ، يتبخر الهواء الجاف الدافئ الماء من محلول ملحي بقايا. يقوم المرشح بفصل الملوثات عن بخار الماء ، ويتم جمع بخار الماء ليصبح مياه الشرب. دفع هذا الابتكار معدل استرداد المياه الإجمالي لنظام استرداد المياه إلى 98 ٪ مثير للإعجاب. يتم دمج 2 ٪ المتبقية مع النفايات الأخرى الناتجة.
يقوم نظام تنشيط الهواء بتكثيف الرطوبة من هواء المقصورة – في المقام الأول بخار الماء من العرق والزفير – إلى ماء سائل. يوجه المياه المستردة إلى مجموعة معالج المياه ، والتي تعالج جميع المياه التي تم جمعها.
علاج المياه المستردة
تتضمن عملية معالجة مجموعة معالج المياه عدة خطوات.
أولاً ، تمر جميع المياه المستردة من خلال المرشحات لإزالة الجزيئات المعلقة مثل الغبار. بعد ذلك ، تزيل سلسلة من المرشحات الأملاح وبعض الملوثات العضوية ، تليها عملية كيميائية تسمى الأكسدة الحفازة التي تستخدم الحرارة والأكسجين لتحطيم المركبات العضوية المتبقية. الخطوة الأخيرة هي إضافة اليود إلى الماء لمنع نمو الميكروبات أثناء تخزينه.
الناتج هو مياه الشرب – في كثير من الأحيان أنظف من ماء الصنبور البلدية على الأرض.
الوصول إلى المريخ وما بعده
لجعل المهام البشرية إلى المريخ ممكنًا ، قدرت ناسا أن المركبات الفضائية يجب أن تسترجع ما لا يقل عن 98 ٪ من المياه المستخدمة على متن الطائرة. على الرغم من أن السفر ذاتيًا إلى المريخ لا يزال على بعد بضع سنوات ، فقد زاد معالج محلول ملحي جديد على محطة الفضاء الدولية من معدل استرداد المياه بما فيه الكفاية بحيث أصبح هذا الهدف 98 ٪ في متناول اليد. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من العمل لتطوير نظام مضغوط يمكن استخدامه في سفينة الفضاء.
الرحلة إلى المريخ معقدة ، ليس فقط بسبب المسافة المعنية ، ولكن لأن المريخ والأرض يتحركون باستمرار في مداراتهم حول الشمس.
المسافة بين الكواكب تختلف تبعا لمواقعهما. في المتوسط ، على بعد حوالي 140 مليون ميل (225 مليون كيلومتر) ، مع أقصر النهج النظري ، عندما تجلبهما مدارات الكواكب على مقربة من بعضها البعض ، وتستغرق 33.9 مليون ميل (54.6 مليون كيلومتر).
من المتوقع أن تستغرق المهمة النموذجية للطاقم حوالي تسعة أشهر. قد تستغرق مهمة ذهابًا وإيابًا إلى المريخ ، بما في ذلك العمليات السطحية وتخطيط مسار الإرجاع ، حوالي ثلاث سنوات. بالإضافة إلى ذلك ، تحدث نوافذ الإطلاق كل 26 شهرًا فقط ، عندما تتماشى الأرض والمريخ بشكل إيجابي.
قصص ذات صلة
– ناسا أعادت تدوير 98 ٪ من جميع رواد الفضاء والعرق على ISS (المهندسين سعداء)
– نظام مياه جديد يمكن أن يساعد رواد فضاء Artemis Moon يحصل على اختبار على ISS
– محطة الفضاء الدولية: كل ما تحتاج لمعرفته عن المختبر المداري
بينما تستعد ناسا لإرسال البشر على بعثات متعددة السنوات إلى الكوكب الأحمر ، تواصل وكالات الفضاء في جميع أنحاء العالم التركيز على تحسين أنظمة دعم الحياة وإتقانها. التقدم في أنظمة الحلقة المغلقة ، والدعم الآلي والعمليات المستقلة ، كلها تضع حلم وضع البشر على المريخ أقرب إلى الواقع.
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة العموم الإبداعية. اقرأ المقالة الأصلية.