A rendszer lényege, hogy a különböző szennyvízáramokat nem egyben, hanem elkülönítve kezeli, így a kis létszámú űrbázisok koncentrált hulladékából célzottan lehet vizet és tápanyagokat visszanyerni.
Mi történt?
A Divergent Deployable Wastewater Treatment Facility nevű mobil létesítményt a NASA Kennedy Űrközpontjában fejlesztették, majd elszállították az észak-dakotai Grand Forksba. A University of North Dakota hallgatói és kutatói a berendezést olyan körülmények között tesztelik, amelyek a más bolygófelszíneken várható működési korlátokat igyekeznek modellezni.
A rendszert az egyetem Integrated Lunar/Martian Analog Habitat nevű analóg élőhelyéhez kapcsolják. A cél annak vizsgálata, hogyan teljesít a technológia élőhelyhez hasonló környezetben, ahol a személyzet korlátozott erőforrások mellett működik.
Hogyan működik a rendszer?
A szennyvízkezelő egység egy 8,5 x 24 lábas pótkocsiban kapott helyet, és több technológiai elemet egyesít. Három biológiai reaktorrendszerből, egy vertikális kertből, víztisztító egységekből, környezeti monitoringból, autonóm vezérlőszoftverből és biztonsági rendszerekből áll.
A megoldás egyik fő sajátossága, hogy a különböző hulladékáramokat elkülönítve kezeli. Ez azért fontos, mert négy-nyolc fős személyzet esetén a keletkező szennyvíz erősen koncentrált lehet, miközben az egyes források összetétele jelentősen eltér.
A rendszer külön kezeli:
- a vizeletet
- a higiéniai és mosási szürkevizet
- a fekális hulladékot
- az élelmiszer-hulladékot
- az öblítővizet
A három bioreaktor eltérő feladatot lát el. Az egyik a fekális és élelmiszer-hulladékot dolgozza fel, és növénytermesztésre alkalmas, tápanyagban gazdag szennyvizet állít elő. Egy másik a vizeletet és az öblítővizet kezeli, míg a harmadik a higiéniai és mosási tevékenységekből származó szürkevizet tisztítja.
Az így kezelt tápanyagok a rendszer vertikális kertjét szolgálják ki, ahol a növényeket talaj nélkül, hidropóniás módon nevelik. A kutatók összehasonlítják majd ezek teljesítményét a hagyományos hidropóniás tápoldattal termesztett növényekkel.
Mi ismert a mostani tesztkampányról?
Az észak-dakotai helyszínen a rendszert egy olyan fürdőszobai csatlakozáson keresztül kötötték az analóg élőhelyhez, amely vizeletelválasztó toalettet is tartalmaz. Ez lehetővé teszi, hogy a különböző hulladékáramokat már a keletkezés helyén szétválasszák, majd a megfelelő kezelőegységbe irányítsák.
A tesztek több gyakorlati kérdésre is választ keresnek. A NASA kutatói és az egyetemi csapatok egyebek mellett azt vizsgálják, hogyan működik a rendszer valós üzemeltetési helyzetekben, milyen képzési igényei vannak a kezelőszemélyzetnek, mennyire megbízható a technológia, és hogyan viszonyulnak a szennyvízszimulánsok a tényleges emberi anyagcsere-hulladékhoz analóg küldetési környezetben.
Ezzel párhuzamosan az egyetem egyik kutatócsoportja új, membránalapú elválasztási technológiákat fejleszt, amelyeket később a rendszerbe is be lehet illeszteni. A cél a vízvisszanyerés hatékonyságának növelése, a szennyezőanyagok jobb kiszűrése és a teljes rendszer ellenállóbbá tétele.
Miért jelentős az eset?
A fejlesztés a NASA bioregeneratív életfenntartó rendszereket célzó programjához kapcsolódik. Ennek lényege, hogy a jövőbeli holdi és marsi élőhelyek minél kevésbé függjenek a Földről érkező utánpótlástól.
Ilyen környezetben a szennyvíz nem egyszerűen kezelendő hulladék, hanem potenciális erőforrás. A visszanyert víz, a tápanyagok újrafelhasználása, a növénytermesztés támogatása és a tárolandó hulladék mennyiségének csökkentése együtt zártabb, fenntarthatóbb életfenntartási ciklust tehet lehetővé.
A NASA szerint korábbi összehasonlító vizsgálatok azt mutatták, hogy a bioregeneratív életfenntartás az űrutazásban a jelenlegi technológiákhoz képest kedvezőbbé válhat. A mostani teszt ennek a megközelítésnek egy gyakorlati, alkalmazásközeli lépése.
Milyen további alkalmazások merülnek fel?
A kutatás nem áll meg a víz és a növényi tápanyagok visszanyerésénél. A NASA azt is vizsgálja, hogy a szennyvízből visszanyert erőforrások miként támogathatják a helyszíni gyártást az űrben.
Az egyik irány annak tanulmányozása, hogy a tápanyagban gazdag víz táplálhat-e olyan mikrobákat, amelyek tejsavat állítanak elő. Ebből politejsav készülhet, amelyet a jövőben kötőanyagként használhatnak 3D nyomtatáshoz holdi vagy marsi regolit felhasználásával, illetve pótalkatrészek gyártásához is.
Ez azt jelzi, hogy a szennyvízkezelés szerepe egy jövőbeli űrbázison túlmutathat a higiéniai és vízgazdálkodási feladatokon. A visszanyert anyagok az élelmiszer-termelés és az anyaggyártás felé is kapcsolódhatnak.
Mi bizonytalan még, és mi következhet ezután?
A technológia jelenleg olyan szakaszban van, amely a laboratóriumi validációtól a releváns analóg élőhelyi demonstráció felé mozdul. A mostani kampány eredményei alapján később magasabb valósághűségű tesztek következhetnek.
A rendelkezésre álló információk szerint a későbbi lépések között szerepelhet az is, hogy a rendszert a NASA következő generációs, egyéves szimulált Mars-küldetéseihez kapcsolódó izolációs analógokban is vizsgálják a houstoni Johnson Űrközpontban.
Egyelőre nem ismert, hogy a mostani tesztek milyen konkrét teljesítményadatokat eredményeznek, és az sem, mikor juthat el a rendszer tényleges űrbéli alkalmazásig. A jelenlegi fázis fő célja a működőképesség, az integrálhatóság és az üzemeltetési tapasztalatok bővítése.
Összegzés
A NASA új mobil szennyvízkezelő rendszere azt vizsgálja, miként lehet a hulladékáramokat vízzé, tápanyaggá és más hasznos erőforrássá alakítani zárt, földtől távoli környezetben. Az észak-dakotai teszt azért fontos, mert a technológiát laborból analóg élőhelyi környezetbe emeli, ami közelebb viheti a hosszú távon fenntartható holdi és marsi bázisok megvalósítását.