جيره بندي و بازيافت آب بخش مهمي از زندگي در ايستگاه فضايي بين المللي را تشکيل مي دهد. مطلبي که پيش روي شماست، درمورد نحوه به دست آوردن آب و چگونگي استفاده مجدد از آن توسط سرنشينان ايستگاه فضايي به بحث پرداخته است.

براي يک لحظه فضانوردان آينده را پيش خود مجسم کنيد. فضانوردان در جاي خود مستقر شده و خود را براي يک پرواز و اقامت طولاني مدت در ايستگاه فضايي بين المللي (ISS) آماده مي کنند. ممکن است پيش خود فکر کنيد آنها از دستشويي هاي پر زرق و برق و از آن مهم تر از حمام هاي مجلل استفاده مي کنند. درحالي که آنها در وضعيت صرفه جويي دائمي به سر مي برند و از آبي براي استحمام حوله يي (بدون دوش) استفاده مي کنند که از تقطير هواي بازدم همکارانشان (و چيزهاي ديگر) تهيه شده است.

اگر آدم نازک طبعي هستيد از خواندن بقيه اين مطلب صرف نظر کنيد، چرا که حيوانات آزمايشگاهي هم جزء ساکنان ايستگاه محسوب مي شوند. آنها هم تنفس مي کنند. همه ساکنان ايستگاه فضايي هنگام بازدم يا عرق کردن مقداري از آب بدن خود را از دست مي دهند. اين بخارها به رطوبت هواي کابين اضافه مي شود، که در نهايت متراکم و به منبع ذخيره آب منتقل مي شود.

بعضي اوقات بهتر است در مورد منشاء آبي که قرار است بنوشيد، فکر نکنيد. جيره بندي و بازيافت بخش بسيار مهمي از زندگي در ايستگاه فضايي بين المللي را تشکيل مي دهد. در مدار زمين که سيستم هاي طبيعي حفاظت حيات وجود ندارد، ايستگاه فضايي بايد انرژي فراوان، آب پاکيزه و هواي قابل تنفس با دماي مناسب را در 24 ساعت شبانه روز و هفت روز هفته در اختيار سرنشينان قرار دهد، در آنجا هيچ چيز دور ريخته نمي شود. در اين مقاله به بررسي اين موضوع مي پردازيم که چگونه سيستم هاي حفاظت حيات و کنترل محيط (ECLSS) ايستگاه فضايي، که مرتباً توسط مرکز پروازهاي فضايي مارشال توسعه و گسترش مي يابد، به فضانوردان کمک مي کند تا از تمامي ذخيره آب خود به نحو مطلوبي استفاده کنند. قبل از آنکه بتوانيم آب را بازيافت کنيم، لازم است مقدار کمي آب در اختيار داشته باشيم. «جيم رويتر» رئيس گروه ECLSS مرکز پروازهاي فضايي مارشال مي گويد؛ «ما هم اکنون مقدار زيادي آب در ايستگاه فضايي در اختيار داريم. تجهيزات روسي زاريا داراي مخازن اضطراري آب (CWC) است. شاتل هاي فضايي هم داراي اين مخازن هستند. هر کدام از اين مخازن که شبيه ساک هاي کيسه يي معمولي است، مي تواند حدود 40کيلوگرم آب را در خود ذخيره کند.» وي در ادامه مي افزايد؛ «اما انتقال آب از زمين به ايستگاه فضايي بسيار پر هزينه است، لذا مجبوريم آب موجود در آنجا را بازيافت کنيم. روس ها پيش از اين يک دستگاه تهيه آب ساخته بودند که رطوبت موجود در هوا را جمع آوري مي کند. ما نيز در ايستگاه فضايي مارشال سرگرم ساخت يک سيستم بازيافت آب هستيم که مي تواند تقريباً هر قطره آب ايستگاه را بازيافت کرده و آب مورد نياز هفت نفر را با کمترين ميزان ذخيره کند.» اين سيستم بازيافت آب که توسط مرکز پروازهاي هوايي مارشال ساخته شده است، مي تواند آب را از سلول هاي سوختي شاتل فضايي، ادرار، پساب هاي دستشويي و بخار آب موجود در هوا تهيه کند. اگر اين گونه بازيافت هاي دقيق صورت نگيرد، لازم است که هر سال حداقل 18 تن آب براي استفاده چهار فضانورد از زمين به فضا منتقل شود. حتي حيوانات آزمايشگاهي از اين طرح کنار گذاشته نشدند. «لاين کارتر» که متخصص بازيافت آب است، مي گويد؛ «حتي حيوانات آزمايشگاهي هم تنفس کرده و ادرار توليد مي کنند. از لحاظ ميزان بازيافت، بازيافت آب 72 موش، معادل بازيافت آب بدن يک انسان است. شايد اين روش تهيه آب نفرت انگيز به نظر برسد، اما لازم است ذکر شود آبي که از دستگاه هاي تصفيه آب ايستگاه فضايي خارج مي شود، از آبي که اغلب ما در زمين مي نوشيم پاکيزه تر است.» کارتر خاطر نشان کرد؛ «آبي که ما توليد مي کنيم، بسيار پاکيزه تر از آبي است که در لوله هاي آب مصرفي شهروندان ايالات متحده جاري است. قطعاً فرآيند تصفيه آبي که ما انجام مي دهيم، نسبت به اعمال انجام شده در ايستگاه هاي تصفيه آب شهري، بسيار پيشرفته تر است. هنگامي که به نظر مي رسد ذخيره آب ما به اتمام رسيده است، باز هم آب فوق العاده پاکيزه در اختيار داريم.»

تقليد از طبيعت

در زمين هم آبي که زماني جزء بدن جانوران بود، پس از طي فرآيندهاي طبيعي پاکيزه مي شود. ميکروب هاي موجود در خاک اوره را تجزيه کرده و آن را به صورتي درمي آورد که براي گياهان قابل استفاده است. گياهان اين مواد را جذب کرده و از آنها در ساخت بافت هاي گياهي استفاده مي کنند. دانه هاي خاک نيز به عنوان يک صافي عمل مي کنند. ذرات خاک، مواد موجود در ادرار را با جاذبه هاي الکتريکي به خود جذب مي کند، در نتيجه هم آب تصفيه مي شود و هم مواد مورد نياز گياهان به دست مي آيد. آبي که توسط جانوران دفع مي شود، تبخير شده و به جو مي رود و سپس به صورت آبي پاکيزه به شکل آب باران فرو مي ريزد که نشان دهنده انجام عمل تقطير در طبيعت است. تجهيزات تصفيه آب ايستگاه فضايي بين المللي نيز فرآيند تصفيه آب در طبيعت را تقليد مي کنند، اما براي انجام تصفيه آب به ميکروب ها يا ديگر موجودات زنده چندان تکيه نمي شود. مونسي رومن ميکروبيولوژيست ارشد اين پروژه مي گويد؛ «ما مجبوريم به جاي تقليد کامل از فرآيند هايي که در زمين روي مي دهد (که اگر به دقت در اين باره فکر کنيم، درمي يابيم که فرآيندي بسيار پيچيده است) از سيستم هايي استفاده کنيم که مديريت صددرصدي روي آنها داشته باشيم.»

براي تصفيه آب در فضا از ماشين استفاده مي شود (نه از ميکروب ها) چرا که«اگر ماشين خراب شود، مي توان آن را تعمير کرد.» دستگاه هاي تصفيه آب موجود در ايستگاه فضايي بين المللي پساب ها را طي يک فرآيند سه مرحله يي تصفيه مي کند. در مرحله اول يک صافي، ذرات معلق از آب را جدا مي کند، سپس از يک «صافي چند لايه» عبور مي کند. اين صافي داراي موادي است که مي تواند ناخالصي هاي آلي و معدني را حذف کند. در نهايت نيز يک «رآکتور اکسيدکننده کاتاليزوري» ترکيب هاي آلي فرار را خارج ساخته و باکتري ها و ويروس هاي موجود را مي کشد.

شمارش قطره هاي آب

پس از آنکه آب تصفيه شد، فضانوردان تا جايي که ممکن است در مصرف آب صرفه جويي مي کنند. کارتر مي گويد؛ «مردمي که در زمين هستند، شير آب را باز کرده و از آن استفاده مي کنند. آنها ممکن است در هر مرتبه چند ليتر آب را به هدر بدهند، فقط به اين دليل که آب فراوان با فشار زياد در دسترس است. در ايستگاه فضايي بين المللي، فشار آب بسيار کمتر از فشار آب موجود در خانه ها است. در ايستگاه فضايي بين المللي از شير آب استفاده نمي شود، بلکه به جاي آن حوله به کار مي رود، چرا که در اين صورت ميزان صرفه جويي بيشتر است. اگر شما هم فضانورد باشيد، آن وقت حوله را توسط يک سرشير که داراي آب پخش کن است مرطوب کرده و از آن براي شستن دست هايتان استفاده خواهيد کرد.» افرادي که در ايستگاه فضايي مستقر هستند، دستشان را با يک دهم آبي که افراد روي زمين مصرف مي کنند، شست وشو مي دهند. به جاي استفاده از 50 ليتر آب براي استحمام که در زمين بسيار معمول است، سرنشينان ايستگاه فضايي براي دوش گرفتن کمتر از چهار ليتر آب مصرف مي کنند. حتي با انجام صرفه جويي هاي شديد و تلاش براي بازيافت آب، ايستگاه فضايي به تدريج آب خود را از دست مي دهد، چرا که سيستم هاي حفاظت حيات و کنترل محيط مرکز فضايي جانسون ناسا مي گويد؛ «هميشه بايد مقداري آب را مجدداً ذخيره کنيم چرا که هيچ کدام از فناوري هايي که هم اکنون براي تصفيه آب در اختيار ايستگاه هاي فضايي است، بازدهي صددرصد ندارند. به همين دليل هميشه مقدار کمي آب از دست مي رود.» آب در ايستگاه فضايي به چند روش ممکن هدر مي رود. به عنوان مثال به اين راه ها مي توان اشاره کرد؛ سيستم هاي بازيافت آب مقدار کمي پساب غيرقابل مصرف توليد مي کنند. سيستم هاي توليد اکسيژن مقدار کمي آب مصرف مي کنند؛ هوايي که از منافذ خارج مي شود، مقدار کمي از رطوبت را هم همراه خود مي برد. سيستم هاي حذف CO2 از محيط مقداري آب را از هوا جذب مي کنند. آب هدر رفته به وسيله آبي که به وسيله شاتل يا راکت هاي روسي پروگرس تامين مي شود، جانشين خواهد شد. در شاتل از ترکيب هيدروژن و اکسيژن در سلول سوختي که براي توليد الکتريسيته به کار مي رود، آب توليد مي شود و موشک پروگرس طوري طراحي شده است که مي تواند مقادير قابل توجهي آب را با خود حمل کند. دانشمندان ناسا به کوشش هاي خود براي يافتن راه هايي درباره بهبود سيستم هاي حفاظت حيات ايستگاه فضايي، کاهش ميزان آب هدر رفته و يافتن راه هايي براي استفاده مجدد و ساير مواد دور ريز ادامه مي دهند. ادين مي گويد سيستم هاي بازيافت بايد به حدي توسعه پيدا کند که بازدهي آن به بيشتر از 95 درصد برسد.

ادين مي گويد؛ «فرآيندهايي طراحي شده است که بازدهي آنان از بازدهي فرآيندهايي که هم اکنون در ايستگاه فضايي صورت مي گيرد، بيشتر است. اينها نسل جديد سيستم هاي تصفيه آب است. هر چند که اين سيستم ها راه اندازي شده است، اما براي نصب در ايستگاه فضايي آماده نيست.» سيستم حفاظت حيات ECLSS طبق برنامه تنظيمي در اکتبر سال 2005 به ايستگاه فضايي بين المللي منتقل شد. تا پيش از آن زمان، محيط درون ايستگاه فضايي بين المللي توسط سيستم هاي حفاظتي حيات تجهيزات روسي زوزدا حفاظت مي شد.