نگاهي به مشكلات فراهم سازي آب در ايستگاه فضايي بين المللي تامين آب در فراسوي ابرها

واضح آرشیو وب فارسی:ايتنا: نگاهي به مشكلات فراهم سازي آب در ايستگاه فضايي بين المللي تامين آب در فراسوي ابرها
توني فيليپس و پاتريك باري/ ترجمه؛ سليمان فرهاديان

جيره بندي و بازيافت آب بخش مهمي از زندگي در ايستگاه فضايي بين المللي را تشكيل مي دهد. مطلبي كه پيش روي شماست، درمورد نحوه به دست آوردن آب و چگونگي استفاده مجدد از آن توسط سرنشينان ايستگاه فضايي به بحث پرداخته است.

---

براي يك لحظه فضانوردان آينده را پيش خود مجسم كنيد. فضانوردان در جاي خود مستقر شده و خود را براي يك پرواز و اقامت طولاني مدت در ايستگاه فضايي بين المللي (ISS) آماده مي كنند. ممكن است پيش خود فكر كنيد آنها از دستشويي هاي پر زرق و برق و از آن مهم تر از حمام هاي مجلل استفاده مي كنند. درحالي كه آنها در وضعيت صرفه جويي دائمي به سر مي برند و از آبي براي استحمام حوله يي (بدون دوش) استفاده مي كنند كه از تقطير هواي بازدم همكارانشان (و چيزهاي ديگر) تهيه شده است.

اگر آدم نازك طبعي هستيد از خواندن بقيه اين مطلب صرف نظر كنيد، چرا كه حيوانات آزمايشگاهي هم جزء ساكنان ايستگاه محسوب مي شوند. آنها هم تنفس مي كنند. همه ساكنان ايستگاه فضايي هنگام بازدم يا عرق كردن مقداري از آب بدن خود را از دست مي دهند. اين بخارها به رطوبت هواي كابين اضافه مي شود، كه در نهايت متراكم و به منبع ذخيره آب منتقل مي شود.

بعضي اوقات بهتر است در مورد منشاء آبي كه قرار است بنوشيد، فكر نكنيد. جيره بندي و بازيافت بخش بسيار مهمي از زندگي در ايستگاه فضايي بين المللي را تشكيل مي دهد. در مدار زمين كه سيستم هاي طبيعي حفاظت حيات وجود ندارد، ايستگاه فضايي بايد انرژي فراوان، آب پاكيزه و هواي قابل تنفس با دماي مناسب را در 24 ساعت شبانه روز و هفت روز هفته در اختيار سرنشينان قرار دهد، در آنجا هيچ چيز دور ريخته نمي شود. در اين مقاله به بررسي اين موضوع مي پردازيم كه چگونه سيستم هاي حفاظت حيات و كنترل محيط (ECLSS) ايستگاه فضايي، كه مرتباً توسط مركز پروازهاي فضايي مارشال توسعه و گسترش مي يابد، به فضانوردان كمك مي كند تا از تمامي ذخيره آب خود به نحو مطلوبي استفاده كنند. قبل از آنكه بتوانيم آب را بازيافت كنيم، لازم است مقدار كمي آب در اختيار داشته باشيم. «جيم رويتر» رئيس گروه ECLSS مركز پروازهاي فضايي مارشال مي گويد؛ «ما هم اكنون مقدار زيادي آب در ايستگاه فضايي در اختيار داريم. تجهيزات روسي زاريا داراي مخازن اضطراري آب (CWC) است. شاتل هاي فضايي هم داراي اين مخازن هستند. هر كدام از اين مخازن كه شبيه ساك هاي كيسه يي معمولي است، مي تواند حدود 40كيلوگرم آب را در خود ذخيره كند.» وي در ادامه مي افزايد؛ «اما انتقال آب از زمين به ايستگاه فضايي بسيار پر هزينه است، لذا مجبوريم آب موجود در آنجا را بازيافت كنيم. روس ها پيش از اين يك دستگاه تهيه آب ساخته بودند كه رطوبت موجود در هوا را جمع آوري مي كند. ما نيز در ايستگاه فضايي مارشال سرگرم ساخت يك سيستم بازيافت آب هستيم كه مي تواند تقريباً هر قطره آب ايستگاه را بازيافت كرده و آب مورد نياز هفت نفر را با كمترين ميزان ذخيره كند.» اين سيستم بازيافت آب كه توسط مركز پروازهاي هوايي مارشال ساخته شده است، مي تواند آب را از سلول هاي سوختي شاتل فضايي، ادرار، پساب هاي دستشويي و بخار آب موجود در هوا تهيه كند. اگر اين گونه بازيافت هاي دقيق صورت نگيرد، لازم است كه هر سال حداقل 18 تن آب براي استفاده چهار فضانورد از زمين به فضا منتقل شود. حتي حيوانات آزمايشگاهي از اين طرح كنار گذاشته نشدند. «لاين كارتر» كه متخصص بازيافت آب است، مي گويد؛ «حتي حيوانات آزمايشگاهي هم تنفس كرده و ادرار توليد مي كنند. از لحاظ ميزان بازيافت، بازيافت آب 72 موش، معادل بازيافت آب بدن يك انسان است. شايد اين روش تهيه آب نفرت انگيز به نظر برسد، اما لازم است ذكر شود آبي كه از دستگاه هاي تصفيه آب ايستگاه فضايي خارج مي شود، از آبي كه اغلب ما در زمين مي نوشيم پاكيزه تر است.» كارتر خاطر نشان كرد؛ «آبي كه ما توليد مي كنيم، بسيار پاكيزه تر از آبي است كه در لوله هاي آب مصرفي شهروندان ايالات متحده جاري است. قطعاً فرآيند تصفيه آبي كه ما انجام مي دهيم، نسبت به اعمال انجام شده در ايستگاه هاي تصفيه آب شهري، بسيار پيشرفته تر است. هنگامي كه به نظر مي رسد ذخيره آب ما به اتمام رسيده است، باز هم آب فوق العاده پاكيزه در اختيار داريم.»

تقليد از طبيعت

در زمين هم آبي كه زماني جزء بدن جانوران بود، پس از طي فرآيندهاي طبيعي پاكيزه مي شود. ميكروب هاي موجود در خاك اوره را تجزيه كرده و آن را به صورتي درمي آورد كه براي گياهان قابل استفاده است. گياهان اين مواد را جذب كرده و از آنها در ساخت بافت هاي گياهي استفاده مي كنند. دانه هاي خاك نيز به عنوان يك صافي عمل مي كنند. ذرات خاك، مواد موجود در ادرار را با جاذبه هاي الكتريكي به خود جذب مي كند، در نتيجه هم آب تصفيه مي شود و هم مواد مورد نياز گياهان به دست مي آيد. آبي كه توسط جانوران دفع مي شود، تبخير شده و به جو مي رود و سپس به صورت آبي پاكيزه به شكل آب باران فرو مي ريزد كه نشان دهنده انجام عمل تقطير در طبيعت است. تجهيزات تصفيه آب ايستگاه فضايي بين المللي نيز فرآيند تصفيه آب در طبيعت را تقليد مي كنند، اما براي انجام تصفيه آب به ميكروب ها يا ديگر موجودات زنده چندان تكيه نمي شود. مونسي رومن ميكروبيولوژيست ارشد اين پروژه مي گويد؛ «ما مجبوريم به جاي تقليد كامل از فرآيند هايي كه در زمين روي مي دهد (كه اگر به دقت در اين باره فكر كنيم، درمي يابيم كه فرآيندي بسيار پيچيده است) از سيستم هايي استفاده كنيم كه مديريت صددرصدي روي آنها داشته باشيم.»

براي تصفيه آب در فضا از ماشين استفاده مي شود (نه از ميكروب ها) چرا كه«اگر ماشين خراب شود، مي توان آن را تعمير كرد.» دستگاه هاي تصفيه آب موجود در ايستگاه فضايي بين المللي پساب ها را طي يك فرآيند سه مرحله يي تصفيه مي كند. در مرحله اول يك صافي، ذرات معلق از آب را جدا مي كند، سپس از يك «صافي چند لايه» عبور مي كند. اين صافي داراي موادي است كه مي تواند ناخالصي هاي آلي و معدني را حذف كند. در نهايت نيز يك «رآكتور اكسيدكننده كاتاليزوري» تركيب هاي آلي فرار را خارج ساخته و باكتري ها و ويروس هاي موجود را مي كشد.

شمارش قطره هاي آب

پس از آنكه آب تصفيه شد، فضانوردان تا جايي كه ممكن است در مصرف آب صرفه جويي مي كنند. كارتر مي گويد؛ «مردمي كه در زمين هستند، شير آب را باز كرده و از آن استفاده مي كنند. آنها ممكن است در هر مرتبه چند ليتر آب را به هدر بدهند، فقط به اين دليل كه آب فراوان با فشار زياد در دسترس است. در ايستگاه فضايي بين المللي، فشار آب بسيار كمتر از فشار آب موجود در خانه ها است. در ايستگاه فضايي بين المللي از شير آب استفاده نمي شود، بلكه به جاي آن حوله به كار مي رود، چرا كه در اين صورت ميزان صرفه جويي بيشتر است. اگر شما هم فضانورد باشيد، آن وقت حوله را توسط يك سرشير كه داراي آب پخش كن است مرطوب كرده و از آن براي شستن دست هايتان استفاده خواهيد كرد.» افرادي كه در ايستگاه فضايي مستقر هستند، دستشان را با يك دهم آبي كه افراد روي زمين مصرف مي كنند، شست وشو مي دهند. به جاي استفاده از 50 ليتر آب براي استحمام كه در زمين بسيار معمول است، سرنشينان ايستگاه فضايي براي دوش گرفتن كمتر از چهار ليتر آب مصرف مي كنند. حتي با انجام صرفه جويي هاي شديد و تلاش براي بازيافت آب، ايستگاه فضايي به تدريج آب خود را از دست مي دهد، چرا كه سيستم هاي حفاظت حيات و كنترل محيط مركز فضايي جانسون ناسا مي گويد؛ «هميشه بايد مقداري آب را مجدداً ذخيره كنيم چرا كه هيچ كدام از فناوري هايي كه هم اكنون براي تصفيه آب در اختيار ايستگاه هاي فضايي است، بازدهي صددرصد ندارند. به همين دليل هميشه مقدار كمي آب از دست مي رود.» آب در ايستگاه فضايي به چند روش ممكن هدر مي رود. به عنوان مثال به اين راه ها مي توان اشاره كرد؛ سيستم هاي بازيافت آب مقدار كمي پساب غيرقابل مصرف توليد مي كنند. سيستم هاي توليد اكسيژن مقدار كمي آب مصرف مي كنند؛ هوايي كه از منافذ خارج مي شود، مقدار كمي از رطوبت را هم همراه خود مي برد. سيستم هاي حذف CO2 از محيط مقداري آب را از هوا جذب مي كنند. آب هدر رفته به وسيله آبي كه به وسيله شاتل يا راكت هاي روسي پروگرس تامين مي شود، جانشين خواهد شد. در شاتل از تركيب هيدروژن و اكسيژن در سلول سوختي كه براي توليد الكتريسيته به كار مي رود، آب توليد مي شود و موشك پروگرس طوري طراحي شده است كه مي تواند مقادير قابل توجهي آب را با خود حمل كند. دانشمندان ناسا به كوشش هاي خود براي يافتن راه هايي درباره بهبود سيستم هاي حفاظت حيات ايستگاه فضايي، كاهش ميزان آب هدر رفته و يافتن راه هايي براي استفاده مجدد و ساير مواد دور ريز ادامه مي دهند. ادين مي گويد سيستم هاي بازيافت بايد به حدي توسعه پيدا كند كه بازدهي آن به بيشتر از 95 درصد برسد.

ادين مي گويد؛ «فرآيندهايي طراحي شده است كه بازدهي آنان از بازدهي فرآيندهايي كه هم اكنون در ايستگاه فضايي صورت مي گيرد، بيشتر است. اينها نسل جديد سيستم هاي تصفيه آب است. هر چند كه اين سيستم ها راه اندازي شده است، اما براي نصب در ايستگاه فضايي آماده نيست.» سيستم حفاظت حيات ECLSS طبق برنامه تنظيمي در اكتبر سال 2005 به ايستگاه فضايي بين المللي منتقل شد. تا پيش از آن زمان، محيط درون ايستگاه فضايي بين المللي توسط سيستم هاي حفاظتي حيات تجهيزات روسي زوزدا حفاظت مي شد.

www.firstscience.com
سه شنبه 23 مهر 1387

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: ايتنا]

[مشاهده در: www.itna.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 43]