Модернизация скафандров, вдохновленная Дюнами, позволяет астронавтам перерабатывать мочу в воду

Известно, что астронавтам во время выходов в открытый космос приходится справлять нужду прямо в скафандрах. Это не только неудобно для пользователя и негигиенично, но и расточительно, поскольку — в отличие от сточных вод на борту Международной космической станции (МКС) — вода в моче после выходов в открытый космос не перерабатывается.

Решением этих проблем могли бы стать полноразмерные «стилсьюты», как в блокбастере «Дюна», которые поглощали и очищали воду, теряемую через потоотделение и мочеиспускание, и перерабатывали ее в питьевую воду. Теперь эта научная фантастика вот-вот станет реальностью с прототипом новой системы сбора и фильтрации мочи для скафандров.

Разработка исследователей из Корнелльского университета опубликована в Границы космических технологий.

«Конструкция включает в себя вакуумный внешний катетер, ведущий к комбинированному блоку прямого и обратного осмоса, обеспечивающему непрерывную подачу питьевой воды с несколькими механизмами безопасности для обеспечения благополучия астронавтов», — сказала София Этлин, научный сотрудник Weill Cornell Medicine и Корнелльского университета, а также первый автор исследования.

Разработан для предстоящих миссий на Луну и Марс

В 2025 и 2026 годах NASA 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 пилотируемые миссии на Марс к началу 2030-х годов.

Однако астронавты уже давно жалуются на недостаток комфорта и гигиены существующего изделия с максимальной впитываемостью (MAG) — системы утилизации отходов традиционных скафандров НАСА, используемой с конца 1970-х годов, — которое функционирует как многослойный подгузник для взрослых, изготовленный из сверхвпитывающего полимера.

«Сообщается, что MAG протек и вызвал проблемы со здоровьем, такие как инфекции мочевыводящих путей и желудочно-кишечные расстройства. Кроме того, в настоящее время в питьевых пакетах астронавтов имеется только один литр воды. Этого недостаточно для запланированных более длительных выходов в открытый космос на Луну, которые могут длиться десять часов, а в чрезвычайной ситуации — даже до 24 часов», — сказал Этлин.

Астронавты также просили, чтобы в будущих скафандрах время, необходимое для наполнения и дегазации питьевых пакетов, было сокращено, а также чтобы был добавлен отдельный запас высокоэнергетического напитка без кофеина.

Имея в виду все эти цели, Этлин и коллеги теперь разработали устройство для сбора мочи, включая нижнее белье из нескольких слоев гибкой ткани. Оно соединяется с чашей для сбора (с разной формой и размером для женщин и мужчин) из формованного силикона, чтобы обхватывать гениталии.

Внутренняя поверхность чаши для сбора мочи покрыта полиэстеровой микрофиброй или смесью нейлона и спандекса, чтобы отводить мочу от тела к внутренней поверхности внутренней чаши, откуда она всасывается вакуумным насосом. Метка RFID, 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. Она использует градиент концентрации для удаления воды из мочи, а также насос для отделения воды от соли.

Очищенная вода затем обогащается электролитами и закачивается в питьевую сумку в костюме, снова доступную для потребления. Сбор и очистка 500 мл мочи занимает всего пять минут.

Система, которая объединяет насосы управления, датчики и жидкокристаллический дисплей, питается от аккумулятора 20,5 В емкостью 40 ампер-часов. Ее общие размеры составляют 38 на 23 на 23 см, а вес — около восьми килограммов: достаточно компактная и легкая, чтобы носить ее на спине скафандра.

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

«Нашу систему можно протестировать в условиях имитации микрогравитации, поскольку микрогравитация является основным космическим фактором, который мы должны учитывать. Эти испытания позволят убедиться в функциональности и безопасности системы до ее развертывания в реальных космических миссиях», — заключил доктор Кристофер Э. Мейсон, профессор того же института, что и Этлин, и ведущий автор исследования.