Модернизация скафандров: космонавты смогут перерабатывать мочу в воду

Вид сбоку на всю систему, которую можно носить как рюкзак. Автор: Karen Morales

Решением этих проблем могли бы стать «стилсьюты» всего тела, подобные тем, что были в блокбастере «Дюна», которые поглощали и очищали воду, потерянную при потоотделении и мочеиспускании, и перерабатывали ее в питьевую воду. Теперь эта научная фантастика вот-вот станет реальностью: появится прототип новой системы сбора и фильтрации мочи для скафандров.

Конструкция, разработанная исследователями из Корнелльского университета, опубликована в журнале Frontiers in Space Technology.

«Конструкция включает в себя внешний катетер на вакуумной основе, ведущий к комбинированной установке прямого обратного осмоса, обеспечивающей непрерывную подачу питьевой воды с множеством механизмов безопасности для обеспечения благополучия космонавтов», — сказала София Этлин, научный сотрудник Weill Cornell. Медицина и Корнелльский университет, а также первый автор исследования.

Чашки для сбора мочи для мужской одежды максимальной впитываемости. Автор: Luca Bielski

Создан для предстоящих миссий на Луну и Марс.

В 2025 и 2026 годах НАСА планирует провести миссии «Артемида II» и «Артемида III», в ходе которых экипаж выйдет на орбиту Луны и приземлится на ее южном полюсе соответственно. Ожидается, что к началу 2030-х годов за этими миссиями последуют пилотируемые миссии на Марс.

Однако космонавты уже давно жалуются на недостаток комфорта и гигиены в существующей одежде максимальной впитываемости (MAG) — системе утилизации отходов традиционных скафандров НАСА, используемой с конца 1970-х годов, — которая функционирует как многослойный подгузник для взрослых, изготовленный из супервпитывающий полимер.

«Сообщается, что MAG дал утечку и вызвал проблемы со здоровьем, такие как инфекции мочевыводящих путей и желудочно-кишечные расстройства. Кроме того, в настоящее время космонавты имеют только один литр воды в своих пакетах для питья в скафандре. Этого недостаточно для запланированных, более продолжительных выходов в открытый космос на Луну., которое может длиться десять часов, а в случае чрезвычайной ситуации даже до 24 часов", - сказал Этлин.

Космонавты также попросили сократить время, необходимое для наполнения и дегазации пакетов с напитками в будущих скафандрах, и добавить отдельный запас высокоэнергетического напитка без кофеина.

Прототип одежды для сбора мочи. Автор: Claire Walter

Помня обо всех этих целях, Этлин и его коллеги разработали устройство для сбора мочи, включающее нижнее белье, сделанное из нескольких слоев гибкой ткани. Он соединяется с чашкой для сбора (разной формы и размера для женщин и мужчин) из формованного силикона, которая помещается вокруг гениталий.

Внутренняя поверхность чаши для сбора покрыта полиэфирной микрофиброй или смесью нейлона и спандекса, чтобы отводить мочу от тела к внутренней поверхности внутренней чашки, откуда она всасывается вакуумным насосом. RFID-метка, связанная с абсорбирующим гидрогелем, реагирует на влагу, активируя насос.

Высокотехнологичный рюкзак

После сбора моча направляется в систему фильтрации мочи, где она перерабатывается с эффективностью 87% через двухступенчатую интегрированную систему фильтрации прямого и обратного осмоса. При этом используется градиент концентрации для удаления воды из мочи, а также насос для отделения воды от соли.

Очищенная вода затем обогащается электролитами и перекачивается в мешок для питья, находящийся в костюме, и снова становится доступной для употребления. Сбор и очистка 500 мл мочи занимает всего пять минут.

Вид всей системы сзади, можно носить как рюкзак. Автор: Karen Morales

Система, объединяющая управляющие насосы, датчики и экран жидкокристаллического дисплея, питается от аккумулятора напряжением 20,5 В емкостью 40 ампер-часов. Его общие размеры — 38 на 23 на 23 см, вес — около восьми килограммов: достаточно компактный и легкий, чтобы его можно было носить на спине скафандра.

Теперь, когда прототип доступен, новую конструкцию можно будет испытать в смоделированных условиях, а затем и во время реальных выходов в открытый космос.

«Наша система может быть протестирована в смоделированных условиях микрогравитации, поскольку микрогравитация является основным космическим фактором, который мы должны учитывать. Эти испытания обеспечат функциональность и безопасность системы, прежде чем она будет развернута в реальных космических миссиях», - заключил доктор Кристофер Э. Мейсон, профессор того же института, что и Этлин, и ведущий автор исследования.

Больше информации: Enhanced astronaut hygiene and mission efficiency: a novel approach to in-suit waste management and water recovery in spacewalks, Frontiers in Space Technologies (2024). DOI: 10.3389/frspt.2024.1391200. www.frontiersin.org/articles/1 … pt.2024.1391200/full

Источник: Frontiers