Исследователи вдохновились костюмом дистикомб из фантастического фильма «Дюна». Новая система фильтрации мочи для скафандров, разработаннаяисследователями из Корнелла, перерабатывает мочу астронавтов в питьевую воду, чтобы повысить комфорт и эффективность будущих полетов на Луну и Марс.
В настоящее время астронавтам приходится справлять нужду внутри скафандров во время выходов в открытый космос. Это не только неудобно и негигиенично, но и расточительно. В отличие от системы очистки сточных вод на Международной космической станции (МКС), вода из мочи во время выходов в открытый космос не перерабатывается.
Исследователи из Корнелла решают эту проблему с помощью новой системы сбора и фильтрации мочи, вдохновленной дистикомбами из фильма «Дюна». Их прототип так же поглощает и очищает мочу, а затем перерабатывает ее в питьевую воду. Новая разработка была недавно опубликована в журнале Frontiers in Space Technologies.
София Этлин, научный сотрудник Weill Cornell Medicine и Корнельского университета и первый автор исследования, пояснила, что конструкция включает в себя вакуумный внешний катетер, который ведет к комбинированной установке прямого и обратного осмоса, обеспечивая непрерывную подачу питьевой воды с многочисленными механизмами безопасности для обеспечения благополучия астронавтов.
В 2025 и 2026 году НАСА планирует миссии Artemis II и III, в ходе которых экипаж выйдет на орбиту Луны и высадится на ее южном полюсе, соответственно. Ожидается, что за этими миссиями последуют полеты на Марс в составе экипажа к началу 2030-х годов.
Однако астронавты уже давно жалуются на недостаточный комфорт и гигиеничность существующего с конца 1970-х годов максимально впитывающего одеяния (MAG) — системы утилизации отходов в традиционных скафандрах НАСА, которая функционирует как многослойный подгузник для взрослых, изготовленный из суперабсорбирующего полимера.
«По имеющимся данным, утечка мочи из системы MAG привела к таким проблемам со здоровьем, как инфекции мочевыводящих путей и желудочно-кишечные расстройства. Кроме того, в настоящее время у астронавтов есть только один литр воды в сумках для питья в скафандрах. Этого недостаточно для запланированных, более продолжительных выходов в открытый космос, которые могут длиться десять часов, а в экстренных случаях — до 24 часов», — говорит Этлин.
Астронавты также попросили сократить в будущих скафандрах время, необходимое для наполнения и удаления газа из пакетов с напитками, и добавить отдельный запас высокоэнергетических напитков без кофеина.
Учитывая все эти цели, Этлин и ее коллеги разработали устройство для сбора мочи, включающее нижнюю одежду из нескольких слоев эластичной ткани. Она соединяется с чашкой для сбора мочи (разной формы и размера для женщин и мужчин) из формованного силикона, которая облегает гениталии.
Внутренняя поверхность чашки для сбора мочи выстлана полиэстеровой микрофиброй или смесью нейлона и спандекса, чтобы отводить мочу от тела к внутренней поверхности чашки, откуда она всасывается вакуумным насосом. RFID-метка, связанная с абсорбирующим гидрогелем, реагирует на влагу, активируя насос.
После сбора моча направляется в систему фильтрации мочи, где она перерабатывается с эффективностью 87% через двухступенчатую интегрированную систему фильтрации прямого и обратного осмоса.
В ней используется градиент концентрации для удаления воды из мочи, а также насос для отделения воды от соли. Очищенная вода обогащается электролитами и перекачивается в мешок для питья в костюме, где ее снова можно употреблять. Сбор и очистка 500 мл мочи занимает всего пять минут.
Система, включающая в себя управляющие насосы, датчики и жидкокристаллический дисплей, питается от батареи напряжением 20,5 В и емкостью 40 ампер-часов. Ее общие размеры составляют 38 х 23 х 23 см, а вес — около восьми килограммов: достаточно компактно и легко, чтобы переносить ее на спине скафандра.
Теперь, когда прототип доступен, новую конструкцию можно испытать в симулированных условиях, а затем и во время реальных выходов в открытый космос. «Наша система может быть испытана в условиях имитации микрогравитации, поскольку микрогравитация — это основной космический фактор, который мы должны учитывать. Эти испытания позволят убедиться в функциональности и безопасности системы до того, как она будет развернута в реальных космических полетах», — заключил доктор Кристофер Мейсон, профессор и ведущий автор исследования.
Ранее 17-летние Виктория Оу и Джастин Хуанг из Вудлендса, штат Техас, изобрелиустройство, которое могло бы помочь справиться с микропластиком. Они представили свою работу на Международной выставке науки и техники Regeneron в Лос-Анджелесе, где собрались ведущие участники научных ярмарок со всего мира. Техасский дуэт занял первое место в категории «Наука о Земле и окружающей среде», спонсируемой Google, и получил приз в размере $50 тыс. от премии Гордона Э. Мура.