تامین آب در فراسوی ابرها

جیره بندی و بازیافت آب بخش مهمی از زندگی در ایستگاه فضایی بین المللی را تشکیل می دهد. مطلبی که پیش روی شماست، درمورد نحوه به دست آوردن آب و چگونگی استفاده مجدد از آن توسط سرنشینان ایستگاه فضایی به بحث پرداخته است.

برای یک لحظه فضانوردان آینده را پیش خود مجسم کنید. فضانوردان در جای خود مستقر شده و خود را برای یک پرواز و اقامت طولانی مدت در ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) آماده می کنند. ممکن است پیش خود فکر کنید آنها از دستشویی های پر زرق و برق و از آن مهم تر از حمام های مجلل استفاده می کنند. درحالی که آنها در وضعیت صرفه جویی دائمی به سر می برند و از آبی برای استحمام حوله یی (بدون دوش) استفاده می کنند که از تقطیر هوای بازدم همکارانشان (و چیزهای دیگر) تهیه شده است.

اگر آدم نازک طبعی هستید از خواندن بقیه این مطلب صرف نظر کنید، چرا که حیوانات آزمایشگاهی هم جزء ساکنان ایستگاه محسوب می شوند. آنها هم تنفس می کنند. همه ساکنان ایستگاه فضایی هنگام بازدم یا عرق کردن مقداری از آب بدن خود را از دست می دهند. این بخارها به رطوبت هوای کابین اضافه می شود، که در نهایت متراکم و به منبع ذخیره آب منتقل می شود.

بعضی اوقات بهتر است در مورد منشاء آبی که قرار است بنوشید، فکر نکنید. جیره بندی و بازیافت بخش بسیار مهمی از زندگی در ایستگاه فضایی بین المللی را تشکیل می دهد. در مدار زمین که سیستم های طبیعی حفاظت حیات وجود ندارد، ایستگاه فضایی باید انرژی فراوان، آب پاکیزه و هوای قابل تنفس با دمای مناسب را در 24 ساعت شبانه روز و هفت روز هفته در اختیار سرنشینان قرار دهد، در آنجا هیچ چیز دور ریخته نمی شود. در این مقاله به بررسی این موضوع می پردازیم که چگونه سیستم های حفاظت حیات و کنترل محیط (ECLSS) ایستگاه فضایی، که مرتباً توسط مرکز پروازهای فضایی مارشال توسعه و گسترش می یابد، به فضانوردان کمک می کند تا از تمامی ذخیره آب خود به نحو مطلوبی استفاده کنند. قبل از آنکه بتوانیم آب را بازیافت کنیم، لازم است مقدار کمی آب در اختیار داشته باشیم. «جیم رویتر» رئیس گروه ECLSS مرکز پروازهای فضایی مارشال می گوید؛ «ما هم اکنون مقدار زیادی آب در ایستگاه فضایی در اختیار داریم. تجهیزات روسی زاریا دارای مخازن اضطراری آب (CWC) است. شاتل های فضایی هم دارای این مخازن هستند. هر کدام از این مخازن که شبیه ساک های کیسه یی معمولی است، می تواند حدود 40کیلوگرم آب را در خود ذخیره کند.» وی در ادامه می افزاید؛ «اما انتقال آب از زمین به ایستگاه فضایی بسیار پر هزینه است، لذا مجبوریم آب موجود در آنجا را بازیافت کنیم. روس ها پیش از این یک دستگاه تهیه آب ساخته بودند که رطوبت موجود در هوا را جمع آوری می کند. ما نیز در ایستگاه فضایی مارشال سرگرم ساخت یک سیستم بازیافت آب هستیم که می تواند تقریباً هر قطره آب ایستگاه را بازیافت کرده و آب مورد نیاز هفت نفر را با کمترین میزان ذخیره کند.» این سیستم بازیافت آب که توسط مرکز پروازهای هوایی مارشال ساخته شده است، می تواند آب را از سلول های سوختی شاتل فضایی، ادرار، پساب های دستشویی و بخار آب موجود در هوا تهیه کند. اگر این گونه بازیافت های دقیق صورت نگیرد، لازم است که هر سال حداقل 18 تن آب برای استفاده چهار فضانورد از زمین به فضا منتقل شود. حتی حیوانات آزمایشگاهی از این طرح کنار گذاشته نشدند. «لاین کارتر» که متخصص بازیافت آب است، می گوید؛ «حتی حیوانات آزمایشگاهی هم تنفس کرده و ادرار تولید می کنند. از لحاظ میزان بازیافت، بازیافت آب 72 موش، معادل بازیافت آب بدن یک انسان است. شاید این روش تهیه آب نفرت انگیز به نظر برسد، اما لازم است ذکر شود آبی که از دستگاه های تصفیه آب ایستگاه فضایی خارج می شود، از آبی که اغلب ما در زمین می نوشیم پاکیزه تر است.» کارتر خاطر نشان کرد؛ «آبی که ما تولید می کنیم، بسیار پاکیزه تر از آبی است که در لوله های آب مصرفی شهروندان ایالات متحده جاری است. قطعاً فرآیند تصفیه آبی که ما انجام می دهیم، نسبت به اعمال انجام شده در ایستگاه های تصفیه آب شهری، بسیار پیشرفته تر است. هنگامی که به نظر می رسد ذخیره آب ما به اتمام رسیده است، باز هم آب فوق العاده پاکیزه در اختیار داریم.»

تقلید از طبیعت

در زمین هم آبی که زمانی جزء بدن جانوران بود، پس از طی فرآیندهای طبیعی پاکیزه می شود. میکروب های موجود در خاک اوره را تجزیه کرده و آن را به صورتی درمی آورد که برای گیاهان قابل استفاده است. گیاهان این مواد را جذب کرده و از آنها در ساخت بافت های گیاهی استفاده می کنند. دانه های خاک نیز به عنوان یک صافی عمل می کنند. ذرات خاک، مواد موجود در ادرار را با جاذبه های الکتریکی به خود جذب می کند، در نتیجه هم آب تصفیه می شود و هم مواد مورد نیاز گیاهان به دست می آید. آبی که توسط جانوران دفع می شود، تبخیر شده و به جو می رود و سپس به صورت آبی پاکیزه به شکل آب باران فرو می ریزد که نشان دهنده انجام عمل تقطیر در طبیعت است. تجهیزات تصفیه آب ایستگاه فضایی بین المللی نیز فرآیند تصفیه آب در طبیعت را تقلید می کنند، اما برای انجام تصفیه آب به میکروب ها یا دیگر موجودات زنده چندان تکیه نمی شود. مونسی رومن میکروبیولوژیست ارشد این پروژه می گوید؛ «ما مجبوریم به جای تقلید کامل از فرآیند هایی که در زمین روی می دهد (که اگر به دقت در این باره فکر کنیم، درمی یابیم که فرآیندی بسیار پیچیده است) از سیستم هایی استفاده کنیم که مدیریت صددرصدی روی آنها داشته باشیم.»

برای تصفیه آب در فضا از ماشین استفاده می شود (نه از میکروب ها) چرا که«اگر ماشین خراب شود، می توان آن را تعمیر کرد.» دستگاه های تصفیه آب موجود در ایستگاه فضایی بین المللی پساب ها را طی یک فرآیند سه مرحله یی تصفیه می کند. در مرحله اول یک صافی، ذرات معلق از آب را جدا می کند، سپس از یک «صافی چند لایه» عبور می کند. این صافی دارای موادی است که می تواند ناخالصی های آلی و معدنی را حذف کند. در نهایت نیز یک «رآکتور اکسیدکننده کاتالیزوری» ترکیب های آلی فرار را خارج ساخته و باکتری ها و ویروس های موجود را می کشد.

شمارش قطره های آب

پس از آنکه آب تصفیه شد، فضانوردان تا جایی که ممکن است در مصرف آب صرفه جویی می کنند. کارتر می گوید؛ «مردمی که در زمین هستند، شیر آب را باز کرده و از آن استفاده می کنند. آنها ممکن است در هر مرتبه چند لیتر آب را به هدر بدهند، فقط به این دلیل که آب فراوان با فشار زیاد در دسترس است. در ایستگاه فضایی بین المللی، فشار آب بسیار کمتر از فشار آب موجود در خانه ها است. در ایستگاه فضایی بین المللی از شیر آب استفاده نمی شود، بلکه به جای آن حوله به کار می رود، چرا که در این صورت میزان صرفه جویی بیشتر است. اگر شما هم فضانورد باشید، آن وقت حوله را توسط یک سرشیر که دارای آب پخش کن است مرطوب کرده و از آن برای شستن دست هایتان استفاده خواهید کرد.» افرادی که در ایستگاه فضایی مستقر هستند، دستشان را با یک دهم آبی که افراد روی زمین مصرف می کنند، شست وشو می دهند. به جای استفاده از 50 لیتر آب برای استحمام که در زمین بسیار معمول است، سرنشینان ایستگاه فضایی برای دوش گرفتن کمتر از چهار لیتر آب مصرف می کنند. حتی با انجام صرفه جویی های شدید و تلاش برای بازیافت آب، ایستگاه فضایی به تدریج آب خود را از دست می دهد، چرا که سیستم های حفاظت حیات و کنترل محیط مرکز فضایی جانسون ناسا می گوید؛ «همیشه باید مقداری آب را مجدداً ذخیره کنیم چرا که هیچ کدام از فناوری هایی که هم اکنون برای تصفیه آب در اختیار ایستگاه های فضایی است، بازدهی صددرصد ندارند. به همین دلیل همیشه مقدار کمی آب از دست می رود.» آب در ایستگاه فضایی به چند روش ممکن هدر می رود. به عنوان مثال به این راه ها می توان اشاره کرد؛ سیستم های بازیافت آب مقدار کمی پساب غیرقابل مصرف تولید می کنند. سیستم های تولید اکسیژن مقدار کمی آب مصرف می کنند؛ هوایی که از منافذ خارج می شود، مقدار کمی از رطوبت را هم همراه خود می برد. سیستم های حذف CO2 از محیط مقداری آب را از هوا جذب می کنند. آب هدر رفته به وسیله آبی که به وسیله شاتل یا راکت های روسی پروگرس تامین می شود، جانشین خواهد شد. در شاتل از ترکیب هیدروژن و اکسیژن در سلول سوختی که برای تولید الکتریسیته به کار می رود، آب تولید می شود و موشک پروگرس طوری طراحی شده است که می تواند مقادیر قابل توجهی آب را با خود حمل کند. دانشمندان ناسا به کوشش های خود برای یافتن راه هایی درباره بهبود سیستم های حفاظت حیات ایستگاه فضایی، کاهش میزان آب هدر رفته و یافتن راه هایی برای استفاده مجدد و سایر مواد دور ریز ادامه می دهند. ادین می گوید سیستم های بازیافت باید به حدی توسعه پیدا کند که بازدهی آن به بیشتر از 95 درصد برسد.

ادین می گوید؛ «فرآیندهایی طراحی شده است که بازدهی آنان از بازدهی فرآیندهایی که هم اکنون در ایستگاه فضایی صورت می گیرد، بیشتر است. اینها نسل جدید سیستم های تصفیه آب است. هر چند که این سیستم ها راه اندازی شده است، اما برای نصب در ایستگاه فضایی آماده نیست.» سیستم حفاظت حیات ECLSS طبق برنامه تنظیمی در اکتبر سال 2005 به ایستگاه فضایی بین المللی منتقل شد. تا پیش از آن زمان، محیط درون ایستگاه فضایی بین المللی توسط سیستم های حفاظتی حیات تجهیزات روسی زوزدا حفاظت می شد.
منبع:

www.firstscience.com