Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Technologie inżynierii środowiska w obiektach kosmicznych

Environmental engineering technologies in space facilities
Technologie inżynierii środowiska w obiektach kosmicznych
Technologie inżynierii środowiska w obiektach kosmicznych
Rys. archiwum redakcji

Tak jak Formuła 1 była sprawdzianem dla nowych technologii w przemyśle samochodowym, tak projektowane obiekty kosmiczne mogą być impulsem do rozwoju technologii w inżynierii i ochronie środowiska, zwłaszcza w zakresie gospodarowania ściekami.

Powstanie kolonii pozaziemskich to kwestia czasu. Nie jest to łatwe zadanie, wymaga m.in. zaprojektowania równocześnie wielu systemów odpowiedzialnych za wszystkie parametry środowiskowe, które umożliwią życie człowieka w nieprzyjaznych warunkach. Układ taki nazywany jest systemem podtrzymania życia (SPŻ) [1] – jest on odpowiedzialny za utrzymanie odpowiednich warunków środowiskowych, a także zagospodarowanie powstających w obiekcie kosmicznym odpadów. Zestawienie podstawowych obiegów wchodzących w skład SPŻ i ich możliwe funkcje przedstawiono w tab. 1.

Tabela 1. Systemy wchodzące w skład systemu podtrzymania życia (SPŻ) i ich funkcje
Tabela 1. Systemy wchodzące w skład systemu podtrzymania życia (SPŻ) i ich funkcje

Systemy te, tak samo jak ich funkcje, nie muszą występować w przypadku każdej misji kosmicznej, równocześnie mogą funkcjonować inne, niewymienione w tabeli (np. ochrona przed promieniowaniem jonizacyjnym). Jest to uzależnione głównie od rodzaju misji kosmicznej i jej destynacji (celu, miejsca), a także długości trwania [1]. Z tego powodu wyróżnia się dwa typy systemów podtrzymania życia: z obiegiem otwartym oraz zamkniętym. Ich dokładną charakterystykę przedstawiono poniżej.

System podtrzymania życia a rodzaj misji kosmicznej

Podstawowy podział systemów podtrzymania życia opiera się na możliwości odzysku substratów (substancji wyjściowych). W przypadku obiegu otwartego substraty nie są odzyskiwane z odpadów i strumieni ścieków, konieczne jest zatem cykliczne dostarczanie wymaganych produktów z powierzchni Ziemi.

Rys. 1. System podtrzymania życia podczas misji Apollo; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)
Rys. 1. System podtrzymania życia podczas misji Apollo; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)
Rys. 2. Stosunek długości trwania misji do masy zabieranego ładunku przy systemie podtrzymania życia z odzyskiem surowców i bez odzysku [2]
Rys. 2. Stosunek długości trwania misji do masy zabieranego ładunku przy systemie podtrzymania życia z odzyskiem surowców i bez odzysku [2]

Dobrym przykładem może być układ zastosowany w trwającej 10 dni misji kosmicznej Apollo – przedstawiono go schematycznie na rys. 1. Jak można zauważyć, w każdym z mniejszych systemów występuje obieg otwarty, a tlen i woda nie są odzyskiwane – zostały zabrane na pokładzie statku w zbiornikach [2]. Odpady (w tym ścieki) są wyrzucane poza obręb statku bądź sprowadzane z powrotem na Ziemię.

Pośrednim rodzajem jest system podtrzymania życia z obiegiem w części zamkniętym. Przykładem może być Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, na której odbywają się misje trwające do roku. Załoga zmienia się co pół roku w cyklu zapewniającym stały pobyt minimum trzech osób.

Analizując przedstawioną na rys. 2 zależność masy (a zatem też kosztów misji) od długości trwania misji [2], widać, że przy misjach trwających ponad 50 dni odzysk surowców jest opłacalny. Potwierdzono to w publikacji [6], podając, że koszt transportu do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej blisko 0,5 kg wody wynosi ponad 10 tys. dol.

Rys. 3. System podtrzymania życia w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)
Rys. 3. System podtrzymania życia w Międzynarodowej Stacji Kosmicznej; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)

Ponieważ misje na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej trwają ponad 50 dni, zarówno obieg wodny, jak i obieg atmosfery są zaprojektowane jako w pewnym stopniu zamknięte (rys. 3).

W procesie uzyskania tlenu wykorzystywane są reakcje elektrolizy (z wody otrzymuje się tlen i wodór) i Sabatiera (z dwutlenku węgla i wodoru otrzymuje się metan i wodę), natomiast odzysk i rekultywacja wody jest procesem wielostopniowym. Układ taki jest obecnie najbardziej zaawansowanym funkcjonującym systemem podtrzymania życia w obiekcie kosmicznym.

Przypuszczalnie w koloniach pozaziemskich niezbędne będzie projektowanie układów pracujących w obiegach całkowicie zamkniętych. Zatem jedną z wymaganych funkcji systemów będzie możliwość odzysku surowców ze strumieni dostępnych w przyszłej kolonii pozaziemskiej. Takimi surowcami są przede wszystkim tlen, woda i substancje odżywcze [1], które odzyskane, będą mogły wrócić do obiegu, zaspokajając potrzeby załogi, ale również służąc jako nawóz do uprawy roślinności.

Rys. 4. Schemat całkowicie odnawialnego systemu podtrzymania życia; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)
Rys. 4. Schemat całkowicie odnawialnego systemu podtrzymania życia; rys. autorów (A. Jurga, B. Zięba)

Na rys. 4 przedstawiono przykładowy schemat systemu całkowicie odnawialnego. Można zauważyć dużą liczbę połączeń między różnymi obiegami, a także pojawienie się obiegów odpadów stałych oraz biomasy.

Czytaj też: Systemy trzcinowe jako metoda odwadniania i stabilizacji osadów ściekowych dla małych i średnich  oczyszczalni >>>

Z potencjalnych źródeł składników odżywczych (kał, uryna) odzyskiwane będą pierwiastki konieczne do uprawy roślinności. Rośliny zaś będą jednym z elementów diety astronautów, co zagwarantuje zamknięcie obiegu. Jednak nawet w takim układzie część surowców będzie musiała zostać dostarczona z Ziemi.

Literatura

1. Anderson M.S., Ewert M.K., Keener J.F., Wagner S.A., Life Support Baseline Values and Assumptions Document, National Aeronautics and Space Administration Washington, D.C. Report No. NASA/TP-2015-218570, 2015.
2. Jones H.W., Kliss M.H., Exploration life support technology challenges for the Crew Exploration Vehicle and future human missions, „Advances in Space Research”, 45:917–928, 2010.
3. Komosa A., Kleiber T., Markiewicz B., The effect of nutrient solutions on yield and macronutrient status of greenhouse tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) grown in aeroponic and rockwool culture with or without recirculation of nutrient solution, „Acta Scientiarum Polonorum”, 13:163–177, 2014.
4. Lutwak L., Whedon G.D., Lachance P.A., Reid J.A., Lipscomb H.S., Mineral, Electrolyte and Nitrogen Balance Studies of the Gemini-VII Fourteen-Day Orbital Space Flight, „Metabolic Studies in Space Flight”, 29: 1140–1156, 1969.
5. Pronk W., Kone D., Options for urine treatment in developing countries, „Desalination”, 248:360–368, 2009.
6. Xia S., Morse A., Jackson A., Wiesner T.F., Simulation of a closed loop wastewater treatment system for extended space flight, Industrial Electronics and Applications – ICIEA 2008, 3rd IEEE Conference.
7. www.nasa.com.

W artykule:

• Czym są w kosmosie systemy podtrzymania życia (SPŻ)?
• Systemy podtrzymania życia a rodzaje misji kosmicznych
• Technologie oczyszczania ścieków w systemach podtrzymania życia
• Wykorzystanie oczyszczonych ścieków do uprawy roślinności

streszczenie

Kolejny kamień milowy w dziedzinie inżynierii kosmicznej, jakim jest stworzenie kolonii pozaziemskiej na Księżycu bądź Marsie, będzie możliwy dzięki branży inżynierii środowiska. Misje tego rodzaju będą długoterminowe i długodystansowe, co skutkuje koniecznością projektowania systemów o wysokim stopniu samowystarczalności. Jest to równoznaczne ze znacznym odzyskiem surowców, szczególnie wody i substancji odżywczych. Kolonie pozaziemskie będą musiały być zaopatrzone we własne uprawy żywności, które będą współzależne od innych systemów. Przed specjalistami z dziedziny inżynierii środowiska stają nowe wyzwania – w jaki sposób zamknąć obieg każdego z systemów, a także jak najefektywniej wykorzystać powstające strumienie zanieczyszczeń. W publikacji krótko scharakteryzowano wykorzystanie inżynierii środowiska w systemach podtrzymania życia, ze szczególnym uwzględnieniem problematyki oczyszczania ścieków w obiektach kosmicznych.



abstract

Another milestone in the field of space engineering, which is the creation of an extraterrestrial colony on the Moon, or Mars will be possible thanks to the environmental engineering industry. Missions of this kind will be long-term and long-distance, which results in the need to design systems with a high degree of self-sufficiency. This is tantamount to a high recovery of raw materials, especially water and nutrients. It is obvious that extraterrestrial colonies will have to be provided with their own food crops, which will be interdependent with other systems. Environmental experts face new challenges in how to close the cycles of each system, and how to best use the resulting pollution streams. The publication briefly characterizes the use of environmental engineering in life support systems, with particular emphasis on the problem of wastewater treatment in space facilities.

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!


[woda, ścieki, uzdatnienie ścieków, wykorzystanie ścieków do uprawy, technologie kosmiczne]

   05.10.2018
Dostęp do pełnej treści tego artykułu jest BEZPŁATNY, wymaga jednak zalogowania.
Logowanie
zapomniałem hasła
Załóż konto
Jeśli nie masz jeszcze Konta Użytkownika - prosimy o wypełnienie formularza rejestracyjnego. Czas potrzebny na założenie Konta Użytkownika to max. 1 minuta.
Chcę założyć konto użytkownika
Dlaczego warto założyć konto użytkownika?
otrzymujesz bezpłatny dostęp do wielu przydatnych informacji: artykułów znanych ekspertów, przeglądów produktów, porad i raportów
co tydzień otrzymasz bezpłatny Newsletter informujący o nowych artykułach, produktach i wydarzeniach związanych z izolacjami i rynkiem budowlanym
będziesz miał możliość brania udziału w konkursach z cennymi nagrodami
utworzysz swój Profil, dzięki któremu będziesz mógł brać udział w dyskusjach na Forum, wymieniać się poglądami z innymi użytkownikami oraz pisać opinie i komentarze
będziesz otrzymywać powiadomienia o promocjach i rabatach w naszej Księgarni Technicznej oraz zniżkach w sklepach naszych partnerów biznesowych.
Jednocześnie zapewniamy Cię, iż podczas rejestracji nie zbieramy żadnych szczegółowych danych personalnych i teleadresowych. W każdej chwili możesz zmienić swoje dane lub zażądać usunięcia konta.
Przed założeniem Konta sugerujemy zapoznać się z regulaminem.

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jak odzyskać 40% ciepła z wody prysznicowej » Projektujesz istalacje gazowe? To rozwiązanie jest dla Ciebie »
odzysk ciepła oczyszczanie ścieków
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Jak zostać elektrobohaterem? »

konkurs dla instalatorów

 



Nagrzewnice z 3-biegowym silnikiem - na czym polega ich fenomen » Kto wyznacza nowe standardy w projektowniu instalacji? »
nagrzewnice innowacyjne projektowanie instalacji
czytam więcej » czytam więcej »

 


Poznaj sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Projektanci instalacji korzystają z tych programów » Ekologiczne ogrzewanie - jak to się robi? »
projektowanie instalacji
 czytam więcej » czytam więcej »

 

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
3/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 3/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Modernizacja wentylacji w szpitalu
  • - Oddymianie klatek schodowych
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl