Компания из Колорадо строит собственный ВАЛЛ-И, переосмысливая утилизацию и переработку мусора в открытом космосе

Космос может быть последним рубежом, но даже у НАСА есть менталитет «не оставлять следов», когда дело касается кемпинга в космосе.

Недавно космическое агентство одобрило следующую стадию мусороуплотнителя Sierra Space, который призван сократить количество мусора на Международной космической станции. Если все пойдет по плану, то изобретение космической компании из Луисвилля попадет на борт МКС в 2026 году, чтобы помочь сократить объем мусора, хранящегося на станции , и потенциально найти новые способы использования отходов. 

Подход NASA к мусору разрабатывался годами. Космический мусор от сломанных спутников или других неактивных созданных человеком объектов, как правило, привлекает больше внимания, когда речь заходит о космическом беспорядке. И это все еще работа, которую пытаются решить другие компании и исследователи. Но NASA также не хочет просто сбрасывать отходы космической станции в космос, хотя они пытались стрелять мусорными мешками с космической станции, чтобы они сгорели в атмосфере Земли . Текущий метод утилизации заключается в том, чтобы мусор подцеплялся и сгорал вместе со следующим расходным грузовым кораблем. 

Компактор Sierra действительно может изменить ситуацию, и компания стремится выйти за рамки миссии космической станции, добавив утилизацию и переработку. Это приспособление сжимает повседневный мусор, такой как использованные чистящие салфетки, пластиковую упаковку, остатки еды и другой сырой мусор, в сплошные квадратные плитки — сокращение объема на 75%. Вода и газы удаляются для последующей утилизации. Плитки легче хранить на борту, и когда-нибудь их можно будет использовать в качестве дополнительного слоя защиты от радиации для космических жилищ на Луне или Марсе. 

«Часть этой цели — исследовательские миссии», — сказал Джон Ветцель, менеджер программы Trash Compaction and Processing System (TCPS) компании Sierra. «Это становится действительно критически важным, когда вы отправляетесь на Марс на пару лет, чтобы хранить этот мусор. Это степень сжатия 4 к 1, поэтому он намного меньше, и тогда вы можете извлечь воду, что действительно важно, когда вы отправляетесь в длительную миссию. Мы также рассматриваем возможность использования этого не только на космической станции, но и на будущих станциях на орбите».

Знакомьтесь с TCPS

TCPS не так сильно слетает с языка, как WALL-E, мультипликационный мусорный уплотнитель Диснея . Но у них схожие роли: уборка и уплотнение человеческих отходов. TCPS, конечно, реален. Как и уплотненный мусор, который преобразуется в штабелируемые 11-дюймовые квадратные плитки, которые сухие и не имеют запаха. В зависимости от типа уплотняемого мусора плитки могут быть толщиной в дюйм или больше.

«У нас есть несколько, которые сидят прямо рядом с нами, которым 10 лет», — сказал Джо Клопотич, старший инженер-механик, работающий с Ветцелем в офисе Sierra в Висконсине. «И они не пахнут».

По данным NASA, астронавты, живущие на космической станции, производят в среднем 2,4 фунта мусора в день. Для сравнения, среднестатистический житель Колорадо производит где-то 6,4 фунта на человека в день. Таким образом, астронавты опережают землян в попытках быть более осознанными в отношении отходов и того, что это значит, когда вы живете в 250 милях от Земли. 

Ветцель сказал, что был немного удивлен, услышав, как астронавты космической станции справляются с повседневным мусором и избавляются от него с помощью грузового корабля Cygnus компании Northrop Grumman . (У Sierra появится собственное одноразовое транспортное средство в следующем году, когда ее DreamChaser будет запущен с грузовым модулем Shooting Star .) 

«Там наверху много мусора», — сказал Ветцель. «Они на самом деле просто хранят его в мешках, пытаются упаковать и положить в машину Cygnus, чтобы она была в стороне. И они пытаются убрать его с дороги, чтобы он не вонял на станции. Но нет никакого способа переработать его там наверху или просто сжать его, чтобы он поместился в меньшую упаковку».

Ветцель сказал, что проект TCPS стартовал в 2019 году «с целью разместить один из них на борту станции, чтобы мы могли испытать его в условиях микрогравитации».

Контракт NASA на сумму 13,8 млн долларов состоит из нескольких этапов, таких как строительство уплотнителя «наземного уровня», который останется на Земле, что будет завершено в марте. Следующий этап, недавно одобренный NASA, заключается в получении готового к полету устройства для запуска осенью 2026 года. После того, как он окажется на борту, TCPS пройдет 6-месячные испытания с астронавтами. (Он был разработан для обработки ежедневных отходов четырех астронавтов.) Отходы будут отправлены обратно для анализа командой Sierra.

Но Sierra надеется, что это не закончится на Земле. TCPS делает гораздо больше, чем просто прессует мусор космической станции (он не обрабатывает биологические отходы, которые обрабатываются по-другому). Компактор имеет встроенную систему газоочистки, которая преобразует летучие газы, образующиеся в процессе нагревания мусора для прессования. Загрязненные или вонючие химикаты превращаются в углекислый газ и воду.

Пока еще не создана система для превращения воды в питьевую, но она может быть создана в будущем. Теоретически, это может восстановить в среднем 314 литров воды в год, освободить 3,6 кубических метра на судне, которое в настоящее время используется для хранения мусора, и сэкономить 6,9 миллионов долларов на стоимости запуска, поскольку требуется меньше воды, согласно проектной документации Sierra.

«Когда вы смотрите на будущее, куда движется исследование космоса, мы должны быть очень осведомлены об использовании всех доступных ресурсов, когда вы находитесь далеко от Земли», — сказал Клопотич. «Цель — не ноль отходов; цель — использовать все запущенные ресурсы наиболее эффективным образом».

В июле 2022 года космическая станция сбросила мешок с мусором в атмосферу Земли с помощью технологии Nanoracks, части базирующейся в Денвере компании Voyager Space. Nanoracks работала с NASA над установкой своего  шлюза Bishop  на космической станции в 2020 году, чтобы создать более крупный шлюз для развертывания небольших спутников. Мусор был альтернативным вариантом использования, и эксперимент «повторно вошел/сгорел в атмосфере 22 декабря 2022 года», — сказал Мэтт Кута, президент Voyager, в электронном письме. Voyager рассматривает возможность использования шлюза для «устойчивой утилизации отходов» для своей  будущей космической станции Starlab.

NASA не ответило на вопросы об экспериментах по утилизации, но укладка мусорных плиток без запаха означает, что мешки, заполненные мокрой, плесневеющей дрянью, не будут лежать без дела в ожидании дня вывоза мусора. А NASA известно тем, что экспериментирует с несколькими технологиями одновременно. Уплотненный мусор Sierra также может быть переосмыслен для дальнейшего использования, например, превращения оставшихся корневых систем растений, выращенных в космосе, в материал для изготовления мебели. В космосе.

Укладывать мусорные плитки без запаха проще, чем мусорные мешки, наполненные мокрой, плесневеющей дрянью. Уплотненный мусор также может быть переосмыслен для дальнейшего использования, например, превращения остатков корневых систем растений, выращенных в космосе, в материал для изготовления мебели. В космосе.

«Это действительно то направление, в котором эта технология полезна на МКС», — сказал Клопотич. «Но это гораздо важнее, когда вы смотрите на исследовательскую, длительную миссию».

Другой космический мусор

Космос заполняется всевозможными объектами, включая тысячи интернет-спутников таких компаний, как SpaceX, которая предложила построить еще десятки тысяч для улучшения покрытия широкополосной связью. 

Наземные организации, такие как фонд общественных интересов CoPIRG, подчеркнули перегруженность, которая уже имеет место на низкой околоземной орбите . То, что поднимается, должно опуститься, и если 58 000 спутников получат добро на запуск к 2030 году, «29 тонн спутников будут возвращаться в нашу атмосферу в день, что почти эквивалентно автомобилю, въезжающему в наше небо каждый час. Это огромное количество космического мусора и загрязнений, попадающих в нашу атмосферу», согласно отчету CoPIRG . 

Космический мусор — это, как правило, «все, что люди выводят на орбиту, но мы не используем», — сказал Тед Мюлхаупт, почетный директор Центра исследований орбитального и возвращающегося мусора в Аэрокосмической корпорации. По его словам, сюда входят старые спутники, старые корпуса ракет и осколки от взрывов. Компания, финансируемая из федерального бюджета исследовательская организация, отслеживает активные объекты и мусор , и их число растет, поскольку количество запусков, похоже, бьет новые рекорды каждый квартал . В 2020 году, когда Космические силы США начали использовать детектор мусора Space Fence, разработанный Lockheed Martin, отслеживалось 20 000 объектов, в основном на низкой околоземной орбите. 

«Сейчас мы отслеживаем около 60 000 объектов», — сказал Мюлхаупт, живущий в Монументе. «Примерно половина из них — мусор».

По его оценкам, есть, вероятно, еще полмиллиона объектов, которые слишком малы для отслеживания, и они могут быть столь же опасны, когда летают со скоростью 17 000 миль в час. «Если один из них врежется в вас, это будет практически фатально для вашей миссии».

В Боулдере Дэвид Маласпина использовал исследования частиц пыли в Университете Колорадо, чтобы помочь NASA обнаружить крошечные частицы космического мусора размером с миллиметр, которые могут повредить оборудование, корабли или космическую станцию. Проект называется DENTS , сокращение от «debug and meteoroid environment sensor». 

«Мы уже давно измеряем эти естественные частицы, но с помощью этих методов мы можем получить действительно хороший датчик мусора для мельчайших частиц», — сказал он.

Обнаружение объектов всех размеров поможет людям осознать, как много всего находится вокруг, и, возможно, придумать лучшие варианты его очистки. «Определенно, необходимо очищать космос», — сказал Маласпина. «Кому это навредит, если мы загрязним эту среду или заполним ее мусором? Мы навредим только себе. Природе все равно. Она останется такой, какая есть, но мы сделаем это пространство недоступным для будущих поколений людей».

Очистка, конечно, более сложная. Космические гарпуны и гигантские космические сети были испытаны для захвата более крупного мусора в космосе. 

Но нацеливание на быстро движущиеся объекты в космосе действительно сложно, сказал Мюлхаупт. Космические корабли, такие как космическая станция, используют изобретение, существующее уже несколько десятилетий, называемое щитом или бампером Уиппла , который по сути является большим металлическим щитом с несколькими слоями для поглощения удара. Первый слой разбивает более крупные куски мусора на более мелкие. А второй слой разбивает их на еще более мелкие куски и так далее.  

«Но они на самом деле не улавливают мусор. Они просто разбивают его на более мелкие куски, а затем он возвращается в космос», — сказал Мюльхаупт. «Стоит ли нам заняться активным удалением мусора? Да, стоит. Нам следует инвестировать в технологии очистки. Я аплодирую всем этим компаниям, которые выходят и изучают технологии. … Но легко ли это? Нет. Кто за это платит? Хм-м».

Источник: https://coloradosun.com/2024/11/07/colorado-sierra-space-trash-disposal-recycling-outer-space/