Dlouhodobá životaschopnost lidského průzkumu hlubokého vesmíru a trvalá přítomnost mimo Zemi kriticky závisí na schopnosti dosáhnout úplné soběstačnosti. V čele této výzvy stojí voda, základní zdroj, jehož účinné získávání a opětovné použití není pouze žádoucí, ale naprosto nezbytné. Pokroky NASA v systémech uzavřeného cyklu recyklace vody na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS), které nyní dosahují pozoruhodné 98% míry recyklace, představují základní technologický průlom, který ambiciózní mise na Mars a zakládání lunárních základen činí ekonomicky proveditelnými a provozně udržitelnými.
- Klíčová pro dlouhodobé lidské mise do hlubokého vesmíru.
- Výrazně snižuje logistickou a finanční zátěž spojenou s dopravou vody.
- Umožňuje téměř kompletní recyklaci zdrojů, jako je voda (až 98 % na ISS).
- Nezbytná pro budoucí osídlení Měsíce a cestování na Mars.
- Představuje základní technologický předpoklad pro udržitelnou přítomnost člověka ve vesmíru.
Historicky byla doprava vody na oběžnou dráhu obrovskou logistickou a finanční zátěží. Před vývojem sofistikovaných recyklačních systémů tvořila voda téměř polovinu hmotnosti užitečného zatížení raketoplánů mířících na ISS. Tento neudržitelný model zdůraznil naléhavou potřebu inovativních řešení, která by dokázala napodobit přirozený koloběh vody na Zemi v rámci kosmické lodi. Ekonomické dopady jsou značné; každý kilogram užitečného zatížení vypuštěného do vesmíru stojí tisíce dolarů, což činí recyklaci zdrojů přímým motorem snižování nákladů mise a jejího rozšiřování.
Konstrukce soběstačnosti v mikrogravitaci
Komplexní systém NASA pro kontrolu životního prostředí a podporu života (ECLSS) na ISS je navržen tak, aby řídil všechny aspekty kvality vzduchu a vody, odpadu a atmosférického tlaku. Ústředním prvkem tohoto systému je systém obnovy vody (WRS), sofistikovaná síť navržená pro provoz v jedinečných podmínkách mikrogravitace. Na rozdíl od pozemských odpadních vod, které se značně liší složením, jsou odpadní vody generované ve vesmíru vysoce koncentrované, obsahující zvýšené hladiny močoviny, solí a povrchově aktivních látek z hygienických produktů. WRS je proto navržen pro rychlou a účinnou purifikaci, zajišťující pitnou vodu, která často překonává pozemské standardy pitné vody.
WRS shromažďuje vodu ze všech dostupných zdrojů na stanici, včetně moči astronautů, vlhkosti kondenzované ze vzduchu v kabině (vedlejší produkt potu a dýchání) a vody používané pro hygienické činnosti. Tyto různorodé vstupy jsou poté vedeny vícestupňovým procesem úpravy:
- Sestava pro zpracování moči (UPA): Tento subsystém získává přibližně 75 % vody z moči procesem ohřevu a vakuové komprese. Výsledná solanka, stále bohatá na vodu, je poté směřována do další fáze.
- Sestava pro zpracování solanky (BPA): BPA představuje významný technologický skok a získává další frakci vody ze solanky z UPA. K odpařování vody ze solanky používá teplý, suchý vzduch, přičemž filtr odděluje nečistoty od vodní páry. Tato inovace byla klíčová pro zvýšení celkové míry recyklace vody na současných 98 %.
- Systém revitalizace vzduchu: Tato součást kondenzuje vodní páru z atmosféry kabiny, primárně z potu a výdechu astronautů, a přeměňuje ji na kapalnou vodu, která je následně odeslána k čištění.
- Sestava pro zpracování vody (WPA): Veškerá shromážděná voda se zde sbíhá k závěrečnému ošetření. Proces zahrnuje vícestupňovou filtraci k odstranění suspendovaných částic, solí a organických kontaminantů. Následuje katalytická oxidace, která využívá teplo a kyslík k rozkladu zbytkových organických sloučenin. Posledním krokem je přidání jódu k prevenci mikrobiálního růstu během skladování, čímž je zajištěno, že voda zůstává bezpečná pro konzumaci.
Nezbytnost pro Mars a dál
Úspěch systému recyklace vody na ISS je kritickým předpokladem pro pilotované mise na Mars. NASA stanovila požadavek na minimálně 98% obnovu vody pro takové dlouhodobé expedice. Zpáteční mise na Mars se předpokládá trvat přibližně tři roky, včetně povrchových operací, přičemž samotná jednosměrná cesta trvá asi devět měsíců. Vzhledem k obrovským vzdálenostem – průměrně 140 milionů mil (225 milionů km) mezi Zemí a Marsem – a omezeným startovním oknům, která nastávají pouze každých 26 měsíců, jsou zásobovací mise nepraktické, což činí soběstačnost naprostou nutností.
Zatímco současný systém ISS prokazuje proveditelnost dosažení 98% míry recyklace, jsou nezbytné další inženýrské snahy. Budoucí kosmické lodě budou vyžadovat kompaktnější a robustnější verze těchto systémů, schopné nepřetržitého provozu bez rozsáhlé údržby po dobu víceletých misí. Pokroky v systémech řízení uzavřeného životního prostředí, spojené s pokrokem v pohonných technologiích, robotické podpoře a autonomních operačních schopnostech, společně posouvají hranice toho, co je možné v lidském kosmickém letu. Tyto technologické hranice nejenže umožňují sen o Marsu, ale také pokládají základy pro udržitelné lidské základny po celé sluneční soustavě, čímž nově definují ekonomický a strategický rozsah budoucích vesmírných snah.