НАСА тестирует очистные сооружения для сточных вод будущей лунной базы

Мобильная система очистки сточных вод, созданная в Космическом центре имени Кеннеди НАСА во Флориде и способная помочь в подготовке к длительным миссиям на Луну и Марс, покинула космодром и прибыла в Университет Северной Дакоты в Гранд-Форксе. Аспиранты университета протестируют технологию в условиях, максимально приближенных к сложностям работы на поверхности другой планеты.

Развертываемая установка для очистки сточных вод Divergent предназначена для преобразования сточных вод экипажа в полезные ресурсы, которые понадобятся будущим исследователям каждый день. В Университете Северной Дакоты команды интегрируют эту новую систему очистки сточных вод с университетской интегрированной лунно-марсианской аналоговой средой обитания. Студенты-операторы и исследователи НАСА будут изучать, как установка работает в условиях, приближенных к обитаемой среде, и подвергается воздействию эксплуатационных ограничений, с которыми экипажи могут столкнуться на другой планете.

«Программа НАСА «Артемида» закладывает основу для устойчивого присутствия человека на Луне, где обитаемые модули должны будут функционировать вдали от стабильной цепочки снабжения, поддерживающей астронавтов в условиях частичной гравитации», — сказал Люк Роберсон, руководитель направления систем поверхностного водоснабжения в Управлении марсианской кампании НАСА имени Кеннеди. «Для решения этой задачи мы разрабатываем перспективные устойчивые системы лунной поверхности для переработки сточных вод в питательное сырье для растений и биопроизводства».

Как работает система

Размещенный внутри трейлера размером 8,5 на 24 фута, этот комплекс объединяет три биологические реакторные системы, вертикальный сад, оборудование для очистки воды, системы экологического мониторинга, программное обеспечение для автономного управления и системы безопасности. Трейлер был оборудован в медицинском центре НАСА имени Кеннеди для функционирования в качестве передвижной лаборатории и для перемещения между как минимум двумя полигонами для имитационных испытаний по мере развития технологии.

В отличие от существующих на Земле систем очистки сточных вод, на этом предприятии потоки отходов разделены. Такой подход важен для небольших бригад, поскольку сточные воды от четырех до восьми человек могут быть очень концентрированными. Моча, гигиеническая вода, вода после стирки, фекалии и пищевые отходы содержат различное количество солей, твердых веществ, углерода, азота, фосфора и других соединений. Раздельная обработка позволяет использовать для каждого потока реактор, наиболее подходящий для данной задачи.

Для этого система использует три различных биореактора для очистки сточных вод. Анаэробный фототрофный мембранный биореактор перерабатывает фекальные и пищевые отходы, превращая их в богатые питательными веществами сточные воды, пригодные для роста растений. Взвешенный аэробный мембранный биореактор перерабатывает мочу и сточные воды. Мембранный аэрируемый биологический реактор очищает серые сточные воды от гигиенических процедур и стирки. В совокупности биореакторы перерабатывают питательные вещества для питания вертикального сада и подготавливают воду к повторному использованию. Внутри этого сада культуры будут выращиваться гидропонным методом, то есть без использования почвы, с помощью питательных растворов, полученных в биореакторах. Исследователи сравнят урожайность с растениями, выращенными с использованием стандартных гидропонных питательных веществ.

В Северной Дакоте, в рамках гранта NASA EPSCoR (Программа стимулирования конкурентоспособных исследований), установка была подключена к интегрированному лунно-марсианскому аналоговому жилому комплексу через санузловой интерфейс, включающий унитаз с раздельным сбором мочи. Эта система позволит разделять различные потоки сточных вод на источнике и направлять их в соответствующие системы очистки. Параллельно команда Али Альшами разрабатывает новые мембранные технологии разделения, предназначенные для будущей интеграции в систему очистки сточных вод с целью повышения эффективности извлечения воды, удаления загрязняющих веществ и общей устойчивости системы для длительных миссий по обитаемому пребыванию.

«Эти испытания помогут НАСА оценить работу системы в реальных условиях, потребности в подготовке экипажа, ее надежность, а также сравнить имитаторы сточных вод с реальными продуктами метаболизма человека в условиях, приближенных к условиям миссии», — сказал Альшами.

Эти усилия сосредоточены на разработке компактных и энергоэффективных методов очистки, способных справляться со сложными потоками сточных вод, образующимися в замкнутых внеземных средах.

«Проведение испытаний в Университете Северной Дакоты способствует развитию технологий установки, переходя от лабораторных испытаний к демонстрации в условиях, приближенных к надувным аналогам лунной/марсианской среды», — заявил Пабло Де Леон, профессор и заведующий кафедрой космических исследований в Университете Северной Дакоты.

Полученные уроки могут быть использованы в будущих более точных испытаниях, включая потенциальную интеграцию с программой НАСА по моделированию марсианских миссий следующего поколения, рассчитанной на год, с использованием аналогов изоляции в Космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне.

Технологии для обеспечения устойчивого развития лунной базы

Эта работа является частью более масштабной программы НАСА по созданию биорегенеративных систем жизнеобеспечения, в рамках которой разрабатываются биологические подходы к снижению зависимости от земных расходных материалов. В будущих лунных или марсианских средах обитания такие системы, как очистные сооружения для сточных вод, могут помочь замкнуть циклы жизнеобеспечения, восстанавливая воду, перерабатывая питательные вещества, поддерживая производство сельскохозяйственных культур и сокращая количество отходов, которые необходимо хранить или утилизировать. Дальнейшие исследования НАСА завершили сравнительные исследования, демонстрирующие, как биорегенеративные системы жизнеобеспечения становятся более эффективными для космических путешествий по сравнению с существующими технологиями жизнеобеспечения.

Исследователи НАСА также изучают, как ресурсы, полученные из сточных вод, могут поддерживать производство в космосе. Одно из направлений исследований — изучение того, как богатая питательными веществами вода из биорегенеративных систем очистки сточных вод может служить пищей для микроорганизмов, производящих молочную кислоту, которая может быть преобразована в полимолочную кислоту. Этот материал в будущем может служить связующим веществом для 3D-печати с использованием лунного или марсианского реголита — рыхлого, фрагментарного поверхностного материала, — или может использоваться для изготовления запасных частей, расширяя ценность переработанных отходов за пределы систем водоснабжения и пищевой промышленности.

«Перенеся установку из Центра Кеннеди НАСА в Северную Дакоту, агентство выводит ключевой элемент циклической экономики из лаборатории в реальный мир для испытаний», — сказал Джей Джей Эдельман, руководитель направления наземных систем в Управлении марсианской кампании в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Работа может начаться со сточных вод, но ее цель гораздо масштабнее. Мы хотим помочь будущим экипажам жить в условиях устойчивого развития на Луне, научиться работать на больших расстояниях от Земли и перенести эти знания на Марс».

Источник: https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/kennedy/nasa-testing-wastewater-treatment-facility-for-future-moon-base/