Paliwo i tarcze osłonne statków kosmicznych ze śmieci?

0

W czasie długotrwałych, załogowych wypraw w głęboką przestrzeń kosmiczną produkowane będą duże ilości śmieci. Zespoły badawcze z amerykańskiej agencji kosmicznej NASA pracują nad urządzeniami niewielkich rozmiarów, które będę przetwarzały produkty odpadowe na przydatne surowce.

Ludzie, gdziekolwiek by się nie poruszali, produkują spore ilości odpadów. W transporcie kosmicznym sytuacja jest o tyle wyjątkowa, iż śmieci nie jest tak łatwo się pozbyć. Poza tym z czasem zaczyna ich przybywać, przez co zmniejszeniu ulega już od początku niewielka, dostępna przestrzeń wewnątrz statku kosmicznego.

Badacze z agencji NASA wychodzą z propozycją wykorzystania w efektywny sposób zużytych opakowań, ubrań, odpadków, taśm oraz innych ładunków zgromadzonych przez astronautów w czasie dłuższych podróży. Celem jest wykorzystanie odpowiednich procesów obróbki (spalania) w celu otrzymania metanu (gazu), tlenu, a także wody za pomocą dużo mniejszych urządzeń od tych, które obecnie są konstruowane na Ziemi.

Kilkuosobowa grupa badaczy z ośrodka Kennedy Space Center zbudowała urządzenie o masie około 40 kg i wysokości nieco ponad metra, wewnątrz którego możliwe jest osiągnięcie temperatury około 540 stopni Celsjusza (dwukrotnie więcej niż w domowych piekarnikach). Reaktor ten służy do badania procesów spalania różnych odpadów – od zużytych ubrań do niezjedzonego jedzenia. Badacze uważają, iż proces spalania odpadów z jednego dnia podróży czteroosobowej załogi, zająłby około 4 godzin.

Według wyliczeń w trakcie dwunastu miesięcy lotu (połowa czasu jaki zajmie podróż do Marsa) z odpadów wygenerowanych przez czteroosobową załogę uda się uzyskać około 1100 kg metanu. Taka ilość tego paliwa mogłaby zapewnić start statku kosmicznego z obiektu o przyciąganiu grawitacyjnym podobnym do tego, jakie występuje na Księżycu. Prócz uzyskania cennego paliwa astronauci w czasie takiej misji uniknęliby pomniejszenia pojemności statku kosmicznego na skutek gromadzenia wewnątrz odpadów.

Rozwinięta technologia mogłaby zostać także wykorzystana na Ziemi. Reaktory przetwarzające śmieci na paliwo z pewnością znalazłyby zastosowanie w rejonach z trudnym dostępem do energii czy wysypisk śmieci. Zainteresowanie tą technologią wyraziły już amerykańskie wojsko oraz inne organizacje, które oszczędziłyby na transporcie paliwa w trudnodostępne obszary. Byłby to nie pierwszy przykład transferu technologii z przemysłu kosmicznego do powszechnego zastosowania.

Prace nad reaktorem spalającym śmieci dotyczą obecnie dobrania odpowiednich materiałów konstrukcyjnych, które zapewnią wytrzymałość oraz lekkość i niewielkie rozmiary (istotne w przypadku sprzętów na statkach kosmicznych). Z uwagi na konieczność osiągnięcia wysokiej temperatury, wymaganej do spowodowania rozpadu spalanych materiałów oraz zabicia wszelkich potencjalnych mikrobów, urządzenie musi też spełniać standardy bezpieczeństwa, mocno restrykcyjne w przypadku wyposażenia statków kosmicznych.

Zaawansowany prototyp reaktora mógłby zacząć być testowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) już od 2018 roku. Na stacji ISS testowane są urządzenia, które mogą odegrać istotną rolę w przyszłych misjach w głęboką przestrzeń kosmiczną. Przykładem może być generator WRS (Water Recovery System), dzięki któremu odzyskiwana jest woda np. z moczu astronautów. W warunkach mikrograwitacji wystąpił wcześniej nieprzewidziany problem – filtry tego urządzenia ulegały zablokowaniu przez wapno, które najprawdopodobniej w zwiększonych ilosciach, na skutek przebywania w warunkach obniżonego ciążenia, jest wytrącane z kości astronautów.

Innym sposobem na efektywną utylizację powstających odpadów jest ich podgrzanie oraz kompresja, a następnie wykorzystanie powstałych płytek jako osłon radiacyjnych. Takie zastosowanie ma sens z uwagi na dużą ilość plastiku w śmieciach. Stworzone płytki z dużą ilością plastiku mogą zostać osadzone w kwaterach sypialnych astronautów oraz w specjalnych pomieszczeniach, w których przebywać będzie załoga w czasie burz słonecznych (podwyższonego poziomu promieniowania).

W celu pozyskania takich płytek ze skompresowanych odpadków inżynierowie z ośrodka Ames Research Center (NASA) zbudowali urządzenie, które w temperaturze około 148-176 stopni Celsjusza w czasie 3,5 godziny przetapia śmieci (lecz nie spala jak w przypadku urządzenia zbudowanego przez badaczy z KSC). W procesie tym objętość odpadów ulega 10-krotnemu zmniejszeniu oraz dodatkowo odzyskiwana jest woda, która może być powtórnie wykorzystana.

W przypadku powyżej opisanego urządzenia badacze weryfikują obecnie sterylność uzyskiwanych płytek w długoterminowym okresie. Do przetworzenia posłane zostały odpady zawierające kolonie bakterii. Wiadomo, iż większość w czasie kompresji i podgrzewania jest zabijana, jednak nie ulega także wątpliwości, iż część może przetrwać, a następnie po pewnym czasie zacząć się rozwijać.

(NASA)Reaktor spalania śmieci (na pierwszym planie) zbudowany przez badaczy z KSC / Credits: NASA/Dmitri GerondidakisTechnik NASA Anne Caraccio pracuje nad udoskonalaniem procesu spalania śmieci w laboratorium KSC / Credits: NASA/Dmitri Gerondidakis

Share.

Comments are closed.