علماء يكشفون عن نظام بدلة فضائية نموذجي يعيد تدوير البول كمياه شرب

من أعجوبة سلسلة أفلام الخيال العلمي "الكثبان الرملية" زي النجاة الذي يرتديه سكان الصحراء من الفريمن - "البدلات الساكنة" التي تعيد تدوير جميع سوائل الجسم إلى مياه صالحة للشرب. والآن، يبدو أن مثل هذه التكنولوجيا تلوح في الأفق، حيث كشف العلماء عن نموذج أولي لنظام بدلة فضاء يحول البول إلى مياه للشرب.

يمكن لرواد الفضاء أن يقضوا وقتاً طويلاً خارج موطنهم الفضائي للقيام بأنشطة خارج المركبة الفضائية أو EVAs. تم إجراء 37 عملية سير في الفضاء بين عامي 2021 و2023 إما لإجراء تجارب علمية أو لإجراء إصلاحات في محطة الفضاء الدولية، واستمرت في المتوسط 6 ساعات و26 دقيقة، وفقًا لدراسة أجراها علماء في جامعة كورنيل ونشرت يوم الجمعة في مجلة Frontiers in Space Technology. ويمكن أن تستمر عمليات السير في الفضاء لأكثر من 8 ساعات.

عند قضاء هذه الفترات الطويلة في السير في الفضاء، يرتدي رواد الفضاء حالياً بدلات EVA البيضاء المنتفخة المألوفة التي تحتوي على ملابس ذات امتصاص عالٍ. هذه الملابس التي تُستخدم لمرة واحدة هي في الأساس حفاضات تجمع البول والبراز وتحتوي عليهما. ويتعين أن تكون قادرة على احتواء ما يصل إلى لتر واحد (1.8 لتر) من البول و75 غراماً (2.6 أونصة) من البراز يومياً لكل فرد من أفراد الطاقم.

ومع ذلك، تم تصميم بدلات الخروج من الفضاء هذه منذ أكثر من 40 عاماً، وليس لدى ناسا حالياً خطط ملموسة لتجديدها أو استبدالها. وقد أعلنت وكالة الفضاء في يونيو أنها ستلغي عقوداً تزيد قيمتها عن 100 مليار دولار مع شركة كولينز إيروسبيس لتصنيع الجيل التالي من بدلات الفضاء، على الرغم من أن شركتين أمريكيتين أخريين على الأقل تعملان حالياً على بدلات السير في الفضاء، ويمكن لناسا أن تطلب متعاقدين إضافيين، حسبما أكدت وكالة الفضاء لشبكة سي إن إن.

وقالت المؤلفة الرئيسية للدراسة صوفيا إيتلين، عالمة الأحياء الفلكية والباحثة في مختبر ماسون التابع لكلية طب وايل كورنيل في نيويورك، لشبكة CNN يوم الجمعة: "قد تعتقد أنه في القرن الحادي والعشرين، لن يستخدم رواد الفضاء حفاضات".

وعلى الرغم من أن الحفاضات يمكن أن تمتص الفضلات بشكل فعال، إلا أنه وُجد أنها تضر بصحة رواد الفضاء وتسبب لهم عدم الراحة. وقد أبلغ رواد الفضاء عن تسرب الحفاضات، مما جعلهم غير قادرين على التمييز بين بولهم وعرقهم، واشتكوا من طفح جلدي ومشاكل في الرائحة. ويواجه أفراد الطاقم مخاطر طبية مثل التلوث التبادلي بالبراز، والتهابات المسالك البولية والاضطرابات المعوية، والتي تزداد سوءاً بسبب قلة فرص حصول رواد الفضاء على الرعاية الطبية.

حتى أن بعضهم قللوا من وجباتهم قبل عدة أيام من الخروج من الفضاء لتجنب الاضطرار إلى ارتداء واحدة من هذه الوجبات، مما قد يؤثر على أدائهم في رحلات السير في الفضاء الشاقة، وفقاً للباحثين.

إن مجرد التواجد في الفضاء يسبب الجفاف، وتؤدي عمليات السير في الفضاء التي تتطلب مجهوداً بدنياً إلى مزيد من الجفاف، مما يضعف أداء رواد الفضاء. ومع ذلك، فإن كيس الشراب داخل البدلة، الذي يزود رواد الفضاء حالياً بـ 32 أونصة من الماء وجرعة صغيرة من الجلوكوز، يعاني أيضاً من "مشاكل كبيرة"، بما في ذلك أن إعداده يستغرق وقتاً طويلاً، مما يساهم في تقليل كفاءة العمل، وفقاً للباحثين. وقال رواد الفضاء إن الكمية الحالية من الماء التي توفرها الحقيبة غير كافية.

نظام "الكثبان الرملية

قالت إيتلين إنه من أجل "تعزيز رفاهية رواد الفضاء"، صمم الباحثون نظاماً جديداً لجمع البول وترشيحه داخل البدلة، أو نظام "الكثبان الرملية".

سيعمل النظام على إعادة تدوير البول باستخدام التناضح الأمامي والعكسي، وهو نموذج يستخدمه نظام معالجة مياه الصرف الصحي الحالي على متن المحطة الفضائية، لإزالة الملوثات من البول وتصفيته إلى مياه الشرب.

يتمثل أحد جوانب النظام في جهاز تجميع البول، والذي سيحتوي على كوب من السيليكون، على شكل مختلف للرجال والنساء. سيحتوي الجهاز على عدة طبقات من القماش، بما في ذلك نسيج مضاد للميكروبات، للسماح بسحب البول من الجسم بسرعة إلى السطح الخارجي للكوب، حيث يمكن ضخه بعيداً، مما يقلل من المخاطر الصحية الناجمة عن التعرض الطويل للبول.

ثم يدخل السائل بعد ذلك إلى نظام الترشيح، وهو جهاز من خطوتين يزيل الماء من البول إلى محلول ملح، ثم تقوم مضخة بفصل الماء النقي عن الملح.

اقترح القائمون على الدراسة أنه يمكن معالجة حجم 500 ملليلتر (0.9 مليمتر) من البول في أقل من خمس دقائق، مع إعادة تدوير أكثر من 86.8% منه بشكل فعال إلى مياه الشرب.

ثم يتم ضخ الماء بعد ذلك في كيس الشراب داخل البدلة، حيث يتم تجديده بالشوارد، وربما الكربوهيدرات، لتلبية احتياجات التغذية والطاقة.

سيوضع الجهاز بأكمله في كيس يمكن تركيبه على ظهر بدلة EVA، مما يضيف 8 كيلوغرامات (17.6 رطلاً) إلى وزنه الإجمالي.

وقال مؤلفو الدراسة إنه في حين أن "وزن البذلة هو بالتأكيد مصدر قلق بالنسبة للبعثات القمرية القادمة، إلا أننا نعتقد أن زيادة الراحة وكفاءة الموارد التي يوفرها النظام ستعوض عن الزيادة الطفيفة في الحجم".

إعادة تصور البدلات الفضائية

قالت إتلين إن هذا هو "الوقت المناسب" لتطوير هذه التكنولوجيا لأن "بدلات الفضاء كما نعرفها يتم إعادة تصورها".

وفي حين ألغت ناسا عقدها مع شركة كولينز إيروسبيس للبدلات الفضائية التي سيتم ارتداؤها على متن محطة الفضاء الدولية، إلا أنها لا تزال لديها عقد تصل قيمته إلى ما يقرب من 230 مليون دولار لتطوير بدلات الفضاء القمرية مع شركة أكسيوم سبيس التي تتخذ من هيوستن مقراً لها.

وقد صُممت هذه البدلات لتتمتع بمرونة وحركة أفضل، وتوفر المزيد من الرؤية والعزل، ونظام دعم الحياة المحمول، ويمكن أن تؤدي هذه البدلات دوراً حاسماً في مهمة أرتميس 3 التابعة لناسا، والتي تسعى إلى إعادة رواد الفضاء إلى القمر في وقت لاحق من هذا العقد، للمغامرة إلى أبعد من أي وقت مضى.

ومع ذلك، حتى هذه التصاميم الجديدة للبدلات لا تزال تحتوي حالياً على حفاضات من الطراز القديم، وفقاً لإيتلين. (لم تستجب أكسيوم على الفور لطلب التعليق على تصميم بدلة الفضاء الخاصة بها).

"في مهمات أرتميس، قد يكون رواد الفضاء هناك لساعات طويلة، أو قد يكون هناك نوع من السيناريوهات الطارئة حيث يحتاجون إلى العودة إلى القاعدة، ولكن مركبتهم تعطلت. لديك جميع أنواع السيناريوهات الطارئة التي تحتاج فيها إلى الماء وتحتاج إلى نظام نفايات لا يقتصر على ما يمكن أن تستوعبه الحفاضات".

وبالإضافة إلى برنامج أرتميس، الذي يسعى إلى إنزال امرأة وشخص ملون على سطح القمر لأول مرة، فإن السباق على المريخ حيث ستكون مياه الشرب من الكماليات.