Известно, что астронавтам во время выхода в открытый космос приходится справлять нужду в скафандрах. Это не только негигиенично и неудобно для пользователя, но и расточительно. В отличие от отходов на борту МКС, попавшая во время выхода в открытый космос в скафандр моча не перерабатывается.

Решением этих проблем могли бы стать специальные костюмы, которые бы поглощали и очищали влагу, потерянную при потоотделении и мочеиспускании. Впоследствии эти жидкости могли бы перерабатываться в чистую питьевую воду. Также, как это делают дистикомбы в "Дюне", написанной Фрэнком Гербертом. Теперь эта идея из научной фантастикивот-вот станет реальностью. Исследователи из Корнелльского университета разработали прототип новой системы сбора и фильтрации мочи для скафандров.

"Конструкция включает в себя внешний катетер, действующий при помощи вакуума, который ведет к комбинированной установке прямого обратного осмоса, обеспечивающей непрерывную подачу питьевой воды с множеством механизмов безопасности", — рассказывает первый автор исследования София Этлин.

Создан для Луны и Марса

В 2025 и 2026 годах НАСА планирует осуществить миссии "Артемида II" и "Артемида III", в ходе которых экипаж выйдет на орбиту Луны и приземлится на ее южном полюсе. Ожидается, что к началу 2030-х годов последуют пилотируемые полеты на Марс. Однако астронавты уже давно жалуются на недостаток комфорта и гигиены существующей "одежды максимальной впитываемости" (MAG) – системы утилизации отходов традиционных скафандров НАСА. Она используется с конца 1970-х годов и функционирует как многослойный подгузник для взрослых.

"Сообщается, что утечки MAG приводили к таким проблемам со здоровьем, как инфекции мочевыводящих путей и желудочно-кишечные расстройства. Кроме того, в настоящее время в пакетах для питья астронавтов предусмотрен всего лишь один литр воды. Этого недостаточно для плановых, более длительных выходов в открытый космос, которые могут длиться десять часов, а в экстренных случаях даже до суток", — говорит Этлин.

Астронавты также попросили сократить время, необходимое для наполнения и дегазации мешков с напитками в будущих скафандрах, и добавить отдельный запас высокоэнергетического напитка без кофеина.

Высокотехнологичные решения

Помня обо всех этих целях, Этлин и ее коллеги разработали устройство для сбора мочи, включающее нижнее белье, сделанное из нескольких слоев гибкой ткани. Оно соединяется с силиконовой чашкой для сбора (разной формы и размера для женщин и мужчин), которая помещается вокруг гениталий.

Внутренняя поверхность чаши для сбора покрыта полиэфирной микрофиброй, то есть смесью нейлона и спандекса, для отвода мочи от тела ко внутренней поверхности внутренней чашки, откуда она собирается вакуумным насосом. RFID-метка, связанная с абсорбирующим гидрогелем, реагирует на влагу, активируя насос.

После сбора моча направляется в фильтры. Там она перерабатывается с 87% эффективностью, проходя через двухступенчатую интегрированную систему прямого и обратного осмоса. При этом используется градиент концентрации для выделения воды, а также насос для отделения соли. Очищенная жидкость затем обогащается электролитами и перекачивается в мешок для питья, находящийся в костюме, и снова становится доступной для употребления. В итоге сбор и очистка 500 миллилитров мочи занимает всего пять минут.

Система, объединяющая насосы, датчики и жидкокристаллический экран, питается от аккумулятора напряжением 20,5 Вольт емкостью 40 ампер-часов. Общие размеры установки — 38 на 23 на 23 сантиметра, а вес около восьми килограммов. Иными словами, это достаточно компактная и легкая система, чтобы ее можно было носить на спине скафандра.

Теперь, когда прототип доступен, новый аппарат ожидают тесты, сначала на Земле, а затем и во время реальных выходов в открытый космос.

"Нашу систему можно протестировать в смоделированных условиях микрогравитации, поскольку она является основным фактором, который мы должны учитывать. Эти испытания обеспечат функциональность и безопасность прототипа до того, как он будет развернут в реальных космических миссиях", — заключает ведущий автор исследования, профессор Кристофер Мейсон.

Подробности проекта опубликованы в журнале Frontiers in Space Technology.