الأرض هي سفينة فضاء مثل محطة الفضاء الدولية – اسمحوا لي أن أشرح ذلك

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

تخيل أنك تعيش في مكان يعتمد فيه بقائك على العيش ضمن حدودك، وعدم استهلاك المزيد من الطعام والطاقة أكثر مما تنتجه، وتوفير ما يكفي من المياه العذبة والهواء للعيش، وتقليل النفايات إلى الحد الأدنى، وإعادة تدوير كل ما تستطيع، وتجنب تلويث البيئة المحيطة بك. وهذا ما يجب أن يواجهه رواد الفضاء، إلى حد ما، على متن المركبة الفضائية محطة الفضاء الدوليةوما سيتعين عليهم مواجهته بدرجة أكبر في المستوطنات المستقبلية القمر أو المريخ.

ولكنها أيضًا الطريقة التي يجب أن نعيش بها أرض إذا أردنا حماية بيئتنا، وهو أحد موضوعات مؤتمر هذا العام أسبوع الفضاء العالمي، ويستمر في الفترة من 4 إلى 10 أكتوبر.

المحطة الفضائية، أو القاعدة القمرية، هي إلى حد كبير نظام حلقة مغلقة. ما نعنيه بهذا هو أنه يجب عليها إنتاج مواردها الخاصة ثم إعادة تدويرها، وإعادتها إلى النظام لأنها محدودة. استهلك كمية كبيرة جدًا، وقد ينفد الهواء أو الطعام أو الماء أو الطاقة لدى رواد الفضاء، وهو ما قد يكون مميتًا. من المؤكد أن هناك إمدادات عرضية من الأرض، ومع ذلك، فهي ليست أنظمة حلقة مغلقة بنسبة 100٪. لكن ما يعتبر حلقة مغلقة تمامًا هو الأرض نفسها.

الأرض سفينة الفضاء

فكر في الأمر. يتمتع كوكبنا بقدرة تحمل معينة، أو ما أطلق عليه نادي روما – وهو مركز أبحاث يضم أكاديميين وقادة أعمال وسياسيين – “حدود النمو“في تقريرهم الشهير لعام 1973. حذروا من أن الأرض بدأت تصل إلى قدرتها الاستيعابية، وسرعان ما سنولد الكثير من الطاقة، ونأكل الكثير من الطعام، ولن ننتج ما يكفي من المياه العذبة، ونسكب انبعاثات الدفيئة في الغلاف الجوي التي من شأنها أن تجعلنا إن نظامنا العالمي المغلق غير مستدام في الواقع تغير المناخ ينمو أكثر ضررا على نحو متزايد عاماً بعد عام، مما يؤدي إلى المزيد من حالات الجفاف والمجاعات وحرائق الغابات والطقس القاسي، قد يقول البعض أننا وصلنا بالفعل إلى هذه المرحلة.

متعلق ب: كيف أثبتت بيانات الأقمار الصناعية أن تغير المناخ يمثل أزمة مناخية

هذا هو المكان الذي يمكن أن يساعدنا فيه تعلم العيش في الفضاء في تعليمنا كيفية العيش بشكل مستدام على الأرض. إنها ليست فكرة جديدة، ولكنها ورقة بحثية حديثة أجراها باحثون في مركز الفضاء الألماني في المجلة مراجعات الأرض المستدامة لخص بإيجاز كيف يمكن تطبيق التقنيات المصممة للعيش في موائل فضائية مغلقة الحلقة على الأرض.

ووصفوا كيف يجب على الموائل الفضائية أن تؤدي عدة وظائف لكي تظل نظام حلقة مغلقة، وكيف يمكن إعادة تطبيق كل من هذه الوظائف على نطاق أوسع من الأرض.

أولاً، يجب تنمية الموارد وتغذيتها في النظام. في هذه الحالة، تعني الموارد أي شيء وكل شيء يحتاجه الموطن ليعمل، من الغذاء إلى الطاقة. ومع ذلك، يجب إدارة هذا المفهوم بعناية، لأنه إذا ترك دون رادع فإنه يصبح عرضة للاستغلال. على سبيل المثال، إذا تم استخراج كل الجليد المائي من الثرى القمري بسرعة كبيرة، فلن يتبقى شيء لتزويد القاعدة القمرية لفترة طويلة جدًا.

والأمر الثاني هو إعادة تدوير تلك الموارد حتى لا يتم استخدامها بسرعة كبيرة. في الموائل ذات الحلقة المغلقة، تكون النفايات غير المعاد تدويرها مكلفة ويمكن أن تقلل من الموائل بمرور الوقت لأنها تعني أن هناك تدريجيًا أقل من أي مورد معين. كما يمكن أن يلوث بيئة الموائل، مما يقلل منها مرة أخرى.

والثالث هو الاكتفاء الذاتي. وباستثناء إعادة الإمداد العرضية من الأرض، يجب أن يكون الموطن الفضائي قادرًا على إنتاج وإصلاح كل ما يحتاج إليه.

وأخيرًا، يجب أن يتمتع الموطن ذو الحلقة المغلقة بالمرونة الكافية لدعم طاقمه وأي حياة حيوانية أو نباتية أخرى، إلى أجل غير مسمى. إذا انهار النظام بسبب إساءة استخدامه، فإن عمر الموائل ينخفض ​​بشدة.

يمكننا أن نرى كيف يمكن تطبيق كل من هذه على الأرض. تُظهر الزراعة المكثفة والتعدين وصيد الأسماك وما إلى ذلك كيف نستغل زراعة الموارد في أرضنا ذات الحلقة المغلقة. يمكن أن تساعدنا إعادة التدوير في الحفاظ على مواردنا دون تلويث البيئة بالنفايات. إذا تمكنت المجتمعات من تحقيق المزيد من الاكتفاء الذاتي، فمن الممكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لأنه لا يلزم نقل الموارد إلى المجتمعات من مناطق خارجية.

لقد أظهرت الأرض مرونة للحياة لما يقرب من أربعة مليارات سنة، ولكن نهجنا المهمل تجاه البيئة من خلال الاستهلاك المفرط يختبر تلك المرونة.

الفضاء على الأرض

ومن المثير للاهتمام أن التقنيات التي تم تطويرها للاستخدام في الفضاء يمكن أن تساعد أيضًا على الأرض.

والمثال الكلاسيكي هو الألواح الشمسية. تم اختراع الألواح الشمسية في عام 1954، خلال عصر محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، ولم تكن الألواح الشمسية رائجة تمامًا لأنه لم يكن هناك استخدام كبير للخلايا الكهروضوئية على الأرض في ذلك الوقت. وبدلاً من ذلك، حققت الألواح الشمسية أول اختراق لها في الفضاء، حيث وفرت الطاقة للأقمار الصناعية في وقت مبكر من عام 1958 باستخدام القمر الصناعي فانغارد 1. إن حجم الأموال التي تمكنت الدول التي تسافر إلى الفضاء من ضخها في البحث والتطوير للخلايا الشمسية يعني أنه بحلول السبعينيات، كانت تلك الخلايا قادرة بما يكفي لاستخدامها على الأرض. اليوم، نجد الخلايا الشمسية في كل مكان، حيث تنتج اللوحة المتوسطة 1.5 كيلووات من الكهرباء يوميًا؛ واعتبارًا من عام 2023، ستولد الطاقة الشمسية إجمالي 5.5% من كهرباء العالم دون الانبعاثات الضارة الناجمة عن محطات الطاقة التي تعمل بالفحم أو النفايات السامة الناجمة عن مفاعلات الانشطار النووي.

هناك تقنية أخرى تم تطويرها في الفضاء والتي يمكن أن تساعد في دعم طريقة أكثر استدامة للعيش على الأرض وهي تعتمد على الغذاء. يتم زراعة المحاصيل بواسطة رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية.

أنتجت التجربة، المعروفة باسم نظام إنتاج الخضروات، الخس لأول مرة في عام 2021، والذي حصده رائد فضاء ناسا مايكل هوبكنز. وتدور التجربة حول زراعة البذور في “وسادة البذور” إلى جانب إطلاق الأسمدة والطين بشكل متحكم فيه واستخدام مصابيح LED مصممة خصيصًا لتعزيز عملية التمثيل الضوئي، مما ينبعث منها المزيد من الضوء الأحمر والأزرق الذي يشجع نمو النبات. يتم الآن تكييف هذه الأضواء من أجل “الزراعة العمودية” على الأرض، وهي طريقة مستدامة لزراعة المحاصيل التي لا تشغل مساحة كبيرة من الأراضي في المناطق الحضرية وإعادة تدوير مياهها، تمامًا كما هو الحال في المحطة الفضائية. ومن خلال زراعة الغذاء في المزارع العمودية بالقرب من المجتمعات المبنية، يستطيع البشر خفض تكاليف النقل والزراعة المكثفة، وكلاهما ينتج انبعاثات عالية من ثاني أكسيد الكربون.

دورة الماء

عند الحديث عن الماء، من الأهمية بمكان إعادة تدوير الماء في المحطة الفضائية، لأن وزنه يعني أن جلبه من الأرض مكلف. يتم إعادة تدوير كل المياه الموجودة في محطة الفضاء الدولية من خلال نظام استعادة المياه، كجزء من نظام التحكم البيئي ودعم الحياة في المحطة، والذي يمكنه تحويل بخار الماء الذي يتنفسه البشر إلى الهواء، والعرق، وحتى التبول في مياه الشرب (والتي على ما يبدو يدعي رواد الفضاء أن مذاقها جيد جدًا!). تستخدم مجموعة معالج البول التقطير الفراغي لاستخراج الماء النظيف من بول رائد الفضاء، تاركًا وراءه “محلول ملحي للبول” يبدو مقززًا. لقد تم تطوير مجموعة معالجات المياه المالحة لأن المياه الصالحة للاستخدام لا تزال موجودة في هذا المياه المالحة – في نظام الحلقة المغلقة، يجب استخدام كل مورد إلى أقصى حد.

على الرغم من أننا لا نحتاج إلى شرب الماء من البول على الأرض، إلا أن هناك العديد من المواقع حول العالم تعاني من نقص المياه العذبة والنظيفة. تم ترخيص تقنية استعادة المياه التابعة لوكالة ناسا للشركات لصنع مرشحات محمولة تسمح للمجتمعات بالحصول على المياه النظيفة من الإمدادات الملوثة.

تنظيف الكربون

جنبا إلى جنب مع بخار الماء، يقوم رواد الفضاء بإخراج ثاني أكسيد الكربون.

رواد الفضاء على أبولو 13 تعلموا بشكل مباشر مخاطر تراكم ثاني أكسيد الكربون عندما اضطروا إلى بناء مرشح لثاني أكسيد الكربون على عجل من قطع الغيار في طريق عودتهم من القمر. وفي محطة الفضاء الدولية، يجب أيضًا إزالة ثاني أكسيد الكربون من الهواء.

في السابق، كان يتم إنتاج الأكسجين في محطة الفضاء الدولية عن طريق نظام يستخرجه من 400 لتر من الماء يتم إحضاره من الأرض كل عام. ولذلك، لم يكن نظام حلقة مغلقة. الآن، طورت وكالة الفضاء الأوروبية نظام الحلقة المغلقة المتقدم (ACLS) القادر على إعادة تدوير 50٪ من ثاني أكسيد الكربون الموجود في المحطة إلى أكسجين ولم يعد يتطلب جلب كميات كبيرة من الماء من الأرض. تقوم مجموعة إعادة معالجة ثاني أكسيد الكربون التابعة لـ ACLS بخلط الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون المستخرج من الهواء لإنتاج الماء والميثان. يتم تنفيس الميثان إلى الفضاء كنفايات، لكن مجموعة توليد الأكسجين قادرة على تقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين، ويعود الأخير إلى نظام ACLS لبدء الدورة مرة أخرى.

ومع ذلك، قبل ACLS، تمت إزالة ثاني أكسيد الكربون حصريًا عن طريق معدن يسمى الزيوليت، والذي يحتوي على مسام صغيرة بما يكفي لاحتجاز جزيئات ثاني أكسيد الكربون، ثم دفعها إلى الفضاء. والآن، يستكشف ستيفانو برانداني وجوليو سانتوري من جامعة إدنبرة طرقًا لاستخدام تكنولوجيا الزيوليت لتقليل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض. ويتصورون أن مراوح عملاقة تمتص الهواء المملوء بثاني أكسيد الكربون باتجاه المحطات المصنوعة من طبقات الزيوليت التي تزيل ثاني أكسيد الكربون من الهواء. ويمكن أيضًا استخدام نفس التقنية بالقرب من المصدر، لإزالة ثاني أكسيد الكربون من غازات النفايات التي تنتجها الصناعة قبل إطلاقها في الغلاف الجوي. ورغم أنها لا تستطيع إزالة كل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ومنع الانحباس الحراري العالمي، فإن تكنولوجيا احتجاز الكربون من الممكن أن تساعد في التخفيف من تغير المناخ ومساعدة العالم على البقاء ضمن هدف ما لا يزيد عن 1.5 درجة مئوية من الانحباس الحراري العالمي.

قصص ذات صلة:

– يقوم العلماء برسم خرائط أنهار الأرض من الفضاء قبل أن يدمر تغير المناخ كوكبنا

– لماذا أصبح طقس الأرض أكثر غرابة؟

– هل يجب أن نغلق عينات الحمض النووي للأنواع المهددة بالانقراض على الأرض في حفرة القمر؟

نظرًا للانتقادات التي غالبًا ما توجه إلى برامج الفضاء في جميع أنحاء العالم والتي تعتبرها كماليات باهظة الثمن ويمكن إنفاق الأموال في مكان آخر على الأرض بدلاً من ذلك، فمن المثير للسخرية أن التكنولوجيا التي تم تطويرها لمساعدة الناس على العيش في الفضاء يمكن أن تساعدنا على العيش بشكل أفضل على الأرض. لا شك أن السفر إلى الفضاء ليس صديقاً للبيئة في حد ذاته ــ فالصاروخ يمكن أن ينبعث منه ما يصل إلى 300 طن من ثاني أكسيد الكربون في كل عملية إطلاق ــ ولكن إذا تم تطبيقها بشكل صحيح، فمن المؤكد أن التكنولوجيا المستخدمة في الفضاء قادرة على تصحيح التوازن من خلال مساعدتنا في التحول إلى كوكب أكثر اخضراراً. فالأرض، في نهاية المطاف، هي سفينة الفضاء الأكثر روعة لدينا.

هذه المقالة جزء من سلسلة خاصة من موقع Space.com تكريمًا لأسبوع الفضاء العالمي 2024، والذي يستمر من 4 أكتوبر إلى 10 أكتوبر. تحقق مرة أخرى كل يوم للحصول على ميزة جديدة حول كيفية تداخل تكنولوجيا الفضاء مع تغير المناخ.