واقعیت تلماسه: لباس فضایی علمی - تخیلی که ادرار را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند
فضانوردانی که در حال انجام پیاده‌روی فضایی هستند با مشکل بزرگی مواجه‌اند—چگونه خود را تخلیه کنند. لباس‌های فضایی کنونی به پوشک‌های حجیم تکیه می‌کنند که ناراحت و غیربهداشتی هستند.
الهام‌گرفته از لباس‌های نگهدارنده‌آب داستان تلماسه، پژوهشگران دانشگاه کورنل سیستم جدیدی برای جمع‌آوری و تصفیه ادرار در لباس‌های فضایی طراحی کرده‌اند.
«به عنوان دانشجوی سال اول ورودی دانشگاه کورنل در بهار ۲۰۲۲، یک شب نشستم و کتاب تلماسه را خواندم. صبح روز بعد، پس از هشت ساعت مطالعه مداوم، به‌ویژه با ایده لباس نگهدارنده آب، وسواس پیدا کردم.» سوفیا ایتلین، نویسنده اول مطالعه، به وب‌سایت Interesting Engineering (IE) گفت.
در دنیای تخیلی تلماسه، فرمن‌ها، ساکنین سیاره بیابانی آرکیس، لباس‌های نگهدارنده‌آب تمام بدن می‌پوشند. این لباس به طور مداوم عرق و ادرار را جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند. این نوآوری برای این افراد که در سیاره‌ای کم‌آب زندگی می‌کنند، نجات‌بخش است.
ایتلین اشاره کرد که چند ماه بعد، یک استارتاپ مستقر در کورنل به نام Fremen Space, Inc. به منظور تحقق این فناوری علمی - تخیلی تأسیس شد.
لباس زیر جدید
از دهه ۱۹۷۰، ناسا به لباس‌های حداکثرجذب (MAG) برای مدیریت دفع فضانوردان در طول پیاده‌روی‌های فضایی تکیه کرده است. با وجود جذب عالی آن‌ها، این لباس‌های چندلایه شبیه به پوشک باعث ناراحتی شده‌اند. MAG ممکن است نشت کند و باعث عفونت‌های مجاری ادراری و تحریکات گوارشی شود.
تیم کورنل به جای استفاده از یک لباس کامل مثل آنچه در تلماسه دیده می‌شود، به یک رویکرد هدفمندتر رو آورد. این دستگاه جمع‌آوری ادرار اختصاصی شامل لباس زیر راحت با لایه‌های متعدد از مواد منعطف است. برای جمع‌آوری ادرار، لباس زیر به یک فنجان سیلیکونی متصل می‌شود که در طراحی‌های مخصوص جنسیت برای اطمینان از تناسب کامل در اطراف اندام تناسلی عرضه می‌شود.
فنجان جمع‌آوری شامل یک آستر نرم و جاذب (مانند میکروفیبر پلی‌استر یا ترکیب نایلون-اسپندکس) است. این ماده انتقال یا دور کردن ادرار از بدن را ترویج می‌دهد و آن را به سمت سطح داخلی فنجان می‌کشاند. یک سنسور داخلی رطوبت را تشخیص داده و پمپ خلأ را به طور خودکار برای حذف فعال می‌کند. پس از جمع‌آوری در پمپ خلأ، ادرار به سیستم تصفیه پیشرفته دو مرحله‌ای ارسال می‌شود.
این سیستم سبک و کوچک به اندازه‌ای است که مانند کوله‌پشتی قابل حمل بر پشت لباس فضایی پوشیده شود. این شامل تمام قطعات لازم، مانند پمپ‌های کنترلی، سنسورها و یک صفحه نمایش کریستال مایع کاربردی است.
فرآیند تصفیه
ایتلین و تیمش با چالش اصلی تصفیه ادرار به آب قابل شرب مواجه بودند. پژوهشگران روش‌های مختلف تصفیه ادرار، از جمله استفاده از اسمز معکوس به تنهایی، تصفیه با باکتری، استفاده از برق (الکترولیز) و حتی استفاده از قدرت تابش فضایی را مورد بررسی قرار دادند.
«پس از فکر و بحث زیاد، نهایتاً به ترکیبی از اسمز مستقیم و معکوس رسیدیم، که معتقد بودیم بیشترین خلوص را با کمترین مصرف انرژی و ریسک برای ما فراهم می‌کند.» ایتلین گفت.
در این فرآیند تصفیه، ادرار ابتدا از طریق یک فیلتر مخصوص (اسمز مستقیم) عبور می‌کند که آب تمیز را از محلول شور استخراج می‌کند. این آب تمیز با فیلتر دیگری (اسمز معکوس) تصفیه می‌شود تا تقریباً تمام ناخالصی‌های باقی‌مانده را از بین ببرد و تنها آب آشامیدنی باقی بماند.
«محصول این دو مرحله تصفیه به عنوان نفوذی شناخته می‌شود و معمولاً ۹۹٪ آب خالص است، بسیار بیشتر از آن که تمیز شود و فقط نمک‌های ردی باقی می‌مانند.» ایتلین افزود.
عملکرد در پنج دقیقه
جالب است که این سیستم می‌تواند ۵۰۰ میلی‌لیتر ادرار را تنها در پنج دقیقه تمیز کند، که آن را به توقفگاهی در عصر فضایی تبدیل می‌کند.
مزیت بزرگ این سیستم این است که مشکل محدودیت دسترسی به آب را حل می‌کند. طبق بیانیه مطبوعاتی، کیسه‌های نوشیدنی در لباس‌های کنونی فقط یک لیتر آب نگه می‌دارند، که برای پیاده‌روی‌های فضایی بیش از ۱۰ ساعت ناکافی است.
«مقدار بیشتر آب که سیستم ما تولید می‌کند فضانوردان را مرطوب نگه می‌دارد. کیسه IDB در لباس Axiom ظرفیت حدود ۲ لیتر دارد، که ساده‌ای برای مأموریت‌های دشوار و بیش از شش ساعت برای چندین سال آینده کافی نخواهد بود.» ایتلین به IE گفت.
سیستم جدید مدیریت پسماند لباس فضایی هنوز برای فضا آماده نیست. این سیستم سلسله آزمایش‌هایی روی زمین را پشت‌سر خواهد گذاشت، از جمله بررسی نحوه تصفیه آب، جمع‌آوری ادرار و عملکرد آن در شرایط بدون جاذبه. اگر همه چیز خوب عمل کند، توقف‌های دستشویی برای فضانوردان آینده برنامه آرتمیس به طور قابل توجهی آسان‌تر خواهد شد.
یافته‌ها در ژورنال Frontiers in Space Technology. منتشر شد.
