NASA тестує систему очищення стічних вод для майбутньої бази на Місяці

Мобільна система очищення стічних вод, розроблена в Космічному центрі Кеннеді NASA у Флориді, вирушила до Університету Північної Дакоти в Гранд-Форкс. Студенти-магістри університету протестують цю технологію в умовах, що максимально наближають до викликів, з якими можуть стикатися на поверхні інших планет.

Система Divergent Deployable Wastewater Treatment Facility призначена для перетворення стічних вод екіпажу на корисні ресурси, які майбутнім дослідникам знадобляться щодня. В Університеті Північної Дакоти команди інтегрують цю нову систему очищення стічних вод з інтегрованим аналогом місячного/марсіанського середовища. Студенти-оператори та дослідники NASA вивчатимуть, як система працює в умовах, схожих на середовище проживання, та піддається обмеженням, з якими можуть стикатися екіпажі на іншій планеті.

“Програма Artemis NASA закладає основу для стійкої присутності людей на Місяці, де середовища проживання повинні працювати далеко від стабільного ланцюга постачання, який підтримує астронавтів в умовах часткової гравітації,” - зазначив Люк Роберсон, керівник систем поверхневих вод у відділі кампанії Mars в NASA Кеннеді. “Щоб вирішити цю проблему, ми розробляємо майбутнє стійких систем для місячної поверхні, які перетворюють стічні води на поживні речовини для рослин і біомануфактури.”

Як працює система очищення

Система, що розміщується в трейлері розміром 8,5 на 24 фути, об'єднує три біореактори, вертикальний сад, обладнання для очищення води, системи моніторингу навколишнього середовища, програмне забезпечення для автономного управління та системи безпеки. Трейлер був оснащений в NASA Кеннеді для функціонування як розгортається лабораторія та для подорожі між принаймні двома тестовими майданчиками, поки технологія вдосконалюється.

На відміну від систем очищення стічних вод на Землі, ця система тримає потоки відходів окремо. Такий підхід важливий для малих екіпажів, оскільки стічні води від чотирьох до восьми осіб можуть бути сильно концентрованими. Сеча, вода для гігієни, вода для прання, фекальні відходи та харчові відходи містять різні рівні солей, твердих часток, вуглецю, азоту, фосфору та інших сполук. Очищення їх окремо дозволяє кожному потоку оброблятися біореактором, найбільш підходящим для цієї роботи.

Для цього система використовує три різні біореактори для обробки відходів. Анаеробний фототрофний мембранний біореактор обробляє фекальні та харчові відходи, перетворюючи їх на стічні води, багаті на поживні речовини, які можуть підтримувати ріст рослин. Підвісний аеробний мембранний біореактор обробляє сечу та воду для змиву. Мембранний аерований біологічний реактор обробляє сірі води з гігієнічних та пральних дій. У сукупності біореактори обробляють поживні речовини для вертикального саду та готують воду для повторного використання. У цьому саду рослини будуть рости гідропонічно, тобто без використання ґрунту, за допомогою поживних розчинів, отриманих з біореакторів. Дослідники порівняють продуктивність рослин з рослинами, вирощеними з використанням стандартних гідропонічних поживних речовин.

У Північній Дакоті, в рамках гранту NASA EPSCoR (Програма, що стимулює конкурентоспроможні дослідження), система була підключена до інтегрованого аналога місячного/марсіанського середовища через санітарний вузол, що включає туалет, що відводить сечу. Це налаштування дозволить відокремлювати різні потоки відходів на місці та направляти їх до відповідних систем очищення. Паралельно команда Алі Альшамі розробляє нові технології мембранного розділення, які планується інтегрувати в систему очищення стічних вод для підвищення ефективності відновлення води, відмови від забруднюючих речовин та загальної стійкості системи для тривалих місій на орбіті.

“Тести допоможуть NASA оцінити реальну експлуатацію, потреби в навчанні екіпажу, надійність системи та як симулянти стічних вод порівнюються з фактичними метаболічними відходами людини в умовах аналогічної місії,” - зазначив Альшамі.

Ці зусилля спрямовані на вдосконалення компактних, енергоефективних підходів до очищення, здатних обробляти складні потоки стічних вод, що генеруються в замкнутому середовищі поза Землею.

“Кампанія тестування в Університеті Північної Дакоти підтримує вдосконалення технології системи від лабораторної валідації до демонстрації в релевантному середовищі інтегрованого аналогового місячного/марсіанського середовища,” - зазначив Пабло Де Леон, професор і завідувач кафедри космічних досліджень Університету Північної Дакоти.

Отримані уроки можуть стати основою для майбутніх тестів з високою точністю, включаючи потенційну інтеграцію з наступним поколінням річних симульованих місій на Марс через аналогічні ізоляційні умови в Центрі космічних польотів Джонсона NASA в Х'юстоні.

Технології для забезпечення стійкості бази на Місяці

Ця робота є частиною ширшої програми NASA з біорегенеративних систем життєзабезпечення, яка розробляє біологічні підходи для зменшення залежності від споживчих товарів, що постачаються з Землі. У майбутніх місячних або марсіанських середовищах системи, подібні до системи очищення стічних вод, можуть допомогти закрити цикли життєзабезпечення, відновлюючи воду, переробляючи поживні речовини, підтримуючи виробництво культур та зменшуючи кількість відходів, які потрібно зберігати або утилізувати. Дослідження NASA також завершили торгові дослідження, які продемонстрували, як біорегенеративні системи життєзабезпечення стають більш ефективними для космічних подорожей в порівнянні з нинішніми технологіями життєзабезпечення.

Дослідники NASA також вивчають, як ресурси, відновлені з стічних вод, можуть підтримувати виробництво в космосі. Одне з досліджень вивчає, як вода, багата на поживні речовини, з біорегенеративних систем очищення стічних вод може живити мікроби, які виробляють молочну кислоту, що може бути перетворена на полілактидну кислоту. Цей матеріал може в майбутньому слугувати зв'язуючим для 3D-друку з місячного або марсіанського реголіту, або може бути використаний для виготовлення запасних частин, розширюючи цінність відновлених відходів за межами систем води та харчування.

“Переміщуючи систему з NASA Кеннеді до Північної Дакоти, агентство виводить ключову частину цього циклічного економічного процесу з лабораторії в реальний тест,” - зазначив Дж. Дж. Едельман, керівник домену систем поверхні в офісі кампанії Mars в штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. “Ця робота може початися з стічних вод, але її мета набагато більша. Ми хочемо допомогти майбутнім екіпажам жити стійко на Місяці, навчитися працювати далі від Землі та перенести ці уроки на Марс.”

Щоб дізнатися більше про дослідження NASA щодо Місяця та Марса, відвідайте:

https://nasa.gov/esdmd