מים הם מרכיב חשוב לא רק על פני כדור הארץ אלא גם בחלל. NASA וסוכנות החלל האירופית מפעילות כבר היום מערכות מיחזור נוזלים בחלל המאפשרות ניצול מכסימלי של הנוזלים בחללית. בין השאר זה כולל גם מיחזור הפרשות של אסטרנאוטים. מחקר חדש של אוניברסיטת קורנל מציג מערכת טיהור הפרשות לחליפות חלל, שיאפשרו משימות הלכית חלל ארוכות יותר.
לפני קצת יותר משנה, ביוני 2023 הכריזה NASA על הישג מרשים בתחנת החלל הבינלאומית, מיחזור של 98% מהנוזלים בתחנה והפיכתם למי שתיה. החידוש המעניין היה כי מדובר בעלייה של 4% ביכולת המיחזור בחלל, נתון קריטי כאשר מדובר בתחנת חלל מאוישת הנמצאת בגובה של 400 ק”מ מעל כדור הארץ ונזקקת לאספקה רציפה של מזון. העלייה בתפוקת מיחזור הנוזלים הוסברה בין השאר בניצול טוב יותר של הפרשות בני אדם ואלה כוללות שתן וזיעה של האסטרונאוטים.
“הרעיון של שתיית שתן ממוחזר נשמע אולי מוזר, אבל התגובות שקיבלנו מהצוות היו טובות מאד. הם סיפרו שהמים היו טעימים אפילו יותר מאלה שמופקים על פני כדור הארץ בתהליכי שאיבה או התפלה”, נאמר בהודעה הרשמית של NASA.
עניין מי השתיה בחלל הוא גורם אקוטי במשימות חלל ארוכות, כל שכן בתחנת החלל הבינלאומית. בתחנה עצמה אין מקלחת בכדי לחסוך מקום וגם מים, ולכן האסטרונאוטים משתמשים רק במגבונים לחים לצורך היגיינה. אורך ממוצע של משימת חלל הוא כחצי שנה, שבמהלכם גוף האסטרונאוטים לא בא במגע עם מים. לא בכדי בדוחות המשוב שממלאים האסטרונאוטים לאחר משימות החלל מופיעה המקלחת בראש רשימת הדרישות שלהם לשיפור תנאי העבודה בתחנת החלל. אגב הדרישה השנייה היא פירות טריים…
המערכת הנוכחית של טיהור הנוזלים השונים בחלל כוללת שורה של פילטרים, בקטריות, וחומרים כימיים שקולטים את הנוזלים, מטהרים אותם ומזרימים אותם שוב למיכלי מים לשימוש. המערכת מוצבת על תחנת החלל, ולמעשה פעולת כמעגל סגור בכדי לספק את צרכי האסטרונאוטים בעבודה היומיומית שלהם.
הדברים הופכים מורכבים יותר כאשר האסטרונאוטים צריכים לצאת ל “הליכת חלל”, SPACE WALK, שם הקוד לעבודות שצריכות להתבצע מחוץ לתחנת החלל ומצריכות היערכות מוקדמת וטומנת בחובה סיכונים. בדרך כלל המשימות הללו מתוכננות בקפידה מראש, עם אמצעי בטיחות קפדניים וכוללים גם הכנה פיסית של האסטרונאוטים בכל הקשור לתזונה שלהם ימים קודם.
מונה: האסטרונאוט אד וויט בהליכת חלל מחוץ לחללית IV Gemini
צילום: McDivitt Jim/N
מעקב של NASA אחרי משימות הליכת חלל מגלה כי בדרך כלל מדובר בשעות ולא דקות. כך למשל הממוצע של משך הליכות החלל ב 2023 עמד על יותר מ 6 שעות (ראו גרף מצורף). בזמן הזה האסטרונאוטים אמורים לקחת איתם מים ולהצטייד בחיתול מיוחד כדי לספוג את ההפרשות בזמן השהיה מחוץ לתחנת החלל. החיתול בשם “maximum absorbency garment) “MAG), מרוקן כאשר האסטרונאוטים חוזרים לתחנת החלל וחשוב מכך, אינו ניתן למיחזור שכן הבד מועבר לפסולת. כלומר ככל שיש יותר משימות הליכת חלל כך יורדת כמות הנוזלים הנתונה בתחנת החלל.
לצורך הספציפי הזה של שיפור פעולת ספיחת ההפרשות בהליכות חלל הוקדש מחקר חדש, שנערך באוניברסיטת קורנל בארצות הברית על ידי פרופסור כריסטופר מייסון. במחקר הזה הוצג דגם של חליפת חלל המצויידת במערכת חדשה לטיפול וטיהור הפרשות הגוף, תוך כדי המשימה עצמה. החוקרים בדקו את הפתרון הנוכחי של NASA ה- MAG, והגיעו למסקנה שהוא צמוד מאד לגוף האסטרונאוט וגורם לאי נוחות ו/או לגירוי של העור בשל משך הזמן של המשימה.
תמונה: האסטרונאוטית קיילה ברון מחליפה פילטר טיהור נוזלים בתחנת החלל
צילום: NASA
הפיתוח של אוניברסיטת קורנל כולל “חיתול” חדש שמורכב מכמה שכבות גמישות של בד מיוחד שבתוכו משולב מיכל סיליקון מיוחד לצבירת הנוזלים. החיתול החדש מגיעה בשני דגמים מותאמים לגבר ואישה. החיתול בנוי מפוליאסטר מיוחד שמעביר את הנוזל דרכו ומונע מגע חוזר שלו עם הגוף, כך שהוא משמש למעשה שכבת בידוד בין מיכל האגירה לגוף האדם. בתוך כוסית השתן נמצא חיישן לחות מיוחד שמפעיל משאבה. הנוזל מועבר מהכוסית למערכת פילטרים שנמצאת על גבו של האסטרונאוט ובה מתבצע תהליך כפול של אוסמוזה הפוכה. במהלך התהליך הזה מופרדים מנוזל השתן המים, המלח ושאר המרכיבים. בשלב הבא המים שזוקקו מהשתן עוברים העשרה מחדש במלחים ומוזנים חזרה למערכת השתיה של האסטרונאוט. הפתרון החדשני הזה מאפשר להקטין משמעותית את שקיות השתיה שנמצאות כיום בחליפות החלל, ולאפשר לאסטרונאוטים גמישות גדולה יותר בתנועה.
על פי המאמר המדעי שפורסם במגזין FRONTIERS מערכת הטיהור החדשה מהירה מאד ומאפשרת טיהור של 500 מ”ל נוזלים בתוך חמש דקות, כאשר כמות הנוזל החוזר לצורך שתיה עומד על 87%. נתון משמעותי מאד בהיבט הארכת זמן השהייה מחוץ לחללית. המערכת מופעלת על ידי סוללה בגודל של 38 – 23 – 23 ס”מ, ובמשקל של 8 ק”ג. הכוונה היא להקטין בעתיד את יחידת האנרגיה בכדי להקל על המשקל שסוחב האסטרונאוט.
“הפיתוח שלנו מוכן לבחינה ראשונית בתנאים של חוסר כבידה”, אומר פרופסור מייסון בראיון לאתר NEW ATLAS. “חוסר הכבידה הוא הנתון החשוב ביותר שחייבים לבדוק, מאחר ומדובר כאן בזרימה”.
תמונה: האסטרונאוט מתיאס מורר
מחליף חיתול סופג בתחנת החלל
צילום: NASA
תמונת שער: האסטרונאוט פדרו דקו
וטיפת מים בחלל
צילום: ESA, סוכנות החלל האירופית
