Мобильная система очистки сточных вод, созданная в Космическом центре им. Дж. Кеннеди, которая может помочь в подготовке к длительным миссиям на Луну и Марс, покинула космодром и прибыла в Университет Северной Дакоты в Гранд-Форксе. Аспиранты университета будут тестировать эту технологию в условиях, максимально приближенных к тем, с которыми можно столкнуться при работе на поверхности других планет.
Развертываемая система очистки сточных вод Divergent предназначена для переработки отходов жизнедеятельности экипажа в полезные ресурсы, которые будут ежедневно требоваться будущим исследователям. В Университете Северной Дакоты эта новая система очистки сточных вод будет интегрирована в университетскую испытательную среду обитания, имитирующую условия на Луне и Марсе. Студенты-операторы и исследователи из NASA изучат, как система работает в условиях, приближенных к условиям обитания на другой планете, и с какими эксплуатационными ограничениями могут столкнуться экипажи.
В трейлере размером 2,6 на 7,3 метра размещены три системы биологических реакторов, вертикальный сад, оборудование для очистки воды, система мониторинга окружающей среды, программное обеспечение для автономного управления и системы безопасности. Трейлер был оборудован в NASA для использования в качестве мобильной лаборатории и перемещения между двумя испытательными полигонами по мере совершенствования технологии.
В отличие от систем очистки сточных вод на Земле, на этом объекте потоки отходов разделяются. Такой подход важен для небольших экипажей, поскольку сточные воды, образующиеся в результате жизнедеятельности четырех-восьми человек, могут быть очень концентрированными. Моча, вода после гигиенических процедур, вода после стирки, фекальные и пищевые отходы содержат разное количество солей, твердых веществ, углерода, азота, фосфора и других соединений. Раздельная обработка позволяет использовать для каждого потока отходов тот реактор, который лучше всего подходит для этой задачи.
Для этого система использует три различных биореактора для очистки сточных вод. Анаэробный фототрофный мембранный биореактор перерабатывает фекальные и пищевые отходы и превращает их в богатые питательными веществами сточные воды, которые могут способствовать росту растений. Мембранный биореактор с аэробной фильтрацией перерабатывает мочу и воду из сливных бачков. Мембранный аэробный биологический реактор очищает воду, образующуюся в результате гигиенических процедур и стирки. В совокупности биореакторы перерабатывают питательные вещества, которые используются для подкормки вертикального сада, и подготавливают воду для повторного использования. В этом саду сельскохозяйственные культуры будут выращиваться на гидропонике, то есть без использования почвы, с применением питательных растворов, получаемых из биореакторов. Исследователи сравнят урожайность культур с растениями, выращенными с использованием стандартных гидропонных питательных растворов.
В Северной Дакоте в рамках гранта NASA объект был подключен к интегрированной лунно-марсианской аналоговой среде обитания через интерфейс для ванной комнаты, включающий в себя унитаз с функцией отвода мочи. Такая установка позволит разделять различные потоки отходов в месте их образования и направлять их в соответствующие системы очистки. Параллельно с этим команда инженеров разрабатывает новые технологии мембранного разделения, которые в будущем будут интегрированы в систему очистки сточных вод, чтобы повысить эффективность восстановления воды, степень очистки от загрязняющих веществ и общую устойчивость системы к длительным миссиям.
Испытания помогут NASA оценить работу в реальных условиях, потребности в обучении экипажа, надежность системы, а также сравнить имитаторы сточных вод с реальными продуктами жизнедеятельности человека в условиях, приближенных к реальным. Эти усилия направлены на разработку компактных и энергоэффективных методов очистки, способных справляться со сложными потоками сточных вод, образующимися в замкнутых внеземных экосистемах.
Серия испытаний в Университете Северной Дакоты способствует совершенствованию технологии, от проверки в лабораторных условиях до демонстрации в соответствующей среде надувного лунного аналога. Полученные результаты могут быть использованы в будущих более точных тестах, в том числе для потенциальной интеграции с годичными симуляциями марсианских миссий следующего поколения, которые NASA будет проводить в Космическом центре имени Линдона Джонсона в Хьюстоне.
Эта работа является частью более масштабного проекта NASA по созданию биорегенеративных систем жизнеобеспечения, в рамках которого разрабатываются биологические подходы для снижения зависимости от расходных материалов, поставляемых с Земли. В будущих лунных или марсианских поселениях такие системы, как очистные сооружения, могут помочь замкнуть циклы жизнеобеспечения за счет восстановления воды, повторного использования питательных веществ, поддержки растениеводства и сокращения количества отходов, которые необходимо хранить или утилизировать. В ходе дальнейших исследований NASA были проведены технико-экономические обоснования, демонстрирующие, что биорегенеративные системы жизнеобеспечения более эффективны для космических полетов, чем существующие технологии.
Исследователи из NASA также изучают, как ресурсы, получаемые из очищенных сточных вод, могут быть использованы в космическом производстве. В рамках одного из проектов изучается, как богатая питательными веществами вода из систем биорегенеративной очистки сточных вод может служить источником питания для микробов, вырабатывающих молочную кислоту, которую можно превратить в полимолочную кислоту. Возможно, однажды этот материал станет связующим веществом для 3D-печати с использованием лунного реголита - рыхлого, фрагментированного поверхностного материала, или будет использоваться для изготовления запасных частей, что расширит возможности применения очищенных сточных вод не только в системах водоснабжения и производства продуктов питания.
Перенося установку из Космического центра им. Дж. Кеннеди в Северную Дакоту, агентство выводит ключевую часть экономики замкнутого цикла из лаборатории в реальные условия для тестирования. Работа начнется с очистки сточных вод, но цель гораздо масштабнее. Исследователи стремятся помочь будущим экипажам вести экологичный образ жизни на Луне, научиться работать вдали от Земли и применить полученные знания на Марсе.
#космос #космический_полет #космический_корабль #университет_северной_дакоты #NASA #лунная_база #напланетная_установка_для_очистки_сточных_вод #космический_центр_кеннеди #Луна #биорегенеративные_системы_жизнеобеспечения