كيف يعيش رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية؟ هل يقومون بأمور الحياة اليومية مثل الأكل والرياضة وغيرها بكل سهولة؟ و كيف يتحملون العيش بدون اكسجين؟ تساؤلات كثيرة تدور في الأذهان عند الحديث عن الفضاءسنتحدث عن نظام دعم الحياة في الفضاء والذي يوفر الدعم لرواد الفضاء للبقاء على قيد الحياة.الحفاظ على البشر خارج الأرض
تعد أنظمة دعم الحياة جزءا لا يتجزأ من قدرة السكن في الفضاء السحيق ، والتي تعد واحدة من مجالات التركيز الرئيسية ل AES، توفر أنظمة السكن مكانا آمنا للبشر أثناء سفرنا إلى أعماق الفضاء ، ودعم الحياة هو مفتاح البقاء داخل موطن في الفضاء السحيق.
ماهي أنظمة دعم الحياء؟
تعمل أنشطة أنظمة دعم الحياة (LSS) التابعة لناسا على تطوير القدرات اللازمة للحفاظ على البشر الذين يعيشون ويعملون في الفضاء – بعيدا عن الغلاف الجوي الواقي للأرض والموارد مثل الماء والهواء والغذاء. ويشمل ذلك مراقبة الضغط الجوي ومستويات الأكسجين وإدارة النفايات وإمدادات المياه ، فضلا عن الكشف عن الحرائق وإخمادها.
بعد أربعين عاما من التطوير ، تقدمت تقنيات LSS كثيرا ولكنها لا تزال تعتمد بشكل كبير على الأرض. يتطلب إرسال إمدادات مستدامة للحياة لمسافة 250 ميلا إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) تخطيطا دقيقا وسلسلة إمداد دولية قوية للتسليم في غضون يوم أو يومين بعد الإطلاق.
توفر أنظمة دعم الحياة الموجودة في محطة الفضاء الدولية الأكسجين وتمتص ثاني أكسيد الكربون وتدير الانبعاثات البخارية من رواد الفضاء أنفسهم. يسمح تحليل هذه الأنظمة لناسا بتحديد المجالات التي تحتاج إلى تطوير تكنولوجيا إضافية. إن معالجة أي ثغرات ستجعل أنظمة دعم الحياة أكثر موثوقية وفعالية ، مما سيؤدي إلى اختبار متكامل على الأرض ومحطة الفضاء الدولية استعدادا لبعثات رحلات الفضاء البشرية المستقبلية في عمق النظام الشمسي.
في عام 2020 ، سيقوم البشر بإجراء مهام أرضية مثبتة في الفضاء cislunar ، الذي يقع بين الأرض والقمر أو مداره. إن إظهار القدرات الرئيسية مثل أنظمة دعم الحياة المتقدمة هذه سيمكن بعثات الفضاء السحيق المستقبلية.
هندسة النظم
مع وجود العديد من الأنظمة المعقدة التي تشتمل على دعم الحياة في الفضاء ، من المهم فهم متطلبات النظام الشاملة لضمان تكامل جميع المكونات معا بشكل جيد وأن الاختبار الأرضي يمثل بيئات الوجهة قدر الإمكان.
في هذا المجال على وجه التحديد ، نحن نعمل على :
- تحديد معماريات نظام دعم الحياة لفئات البعثات الفضائية المختلفة.
- تقييم تقنيات نظام دعم الحياة.
- أداء تكامل أنظمة دعم الحياة.
- تحديد ومراقبة اختبار نظام دعم الحياة.
- تطوير نموذج نظام دعم الحياة المتكامل الذي سيتم استخدامه لفهم ديناميكيات نظام دعم الحياة والآثار المحتملة لضخ التكنولوجيا الجديدة.
- دراسة الموثوقية والصيانة ومتطلبات وقت الطاقم للأنظمة الفرعية الحديثة لفهم الأنظمة الفرعية التي تتطلب تطوير التكنولوجيا لتلبية متطلبات الاستكشاف.
الرصد البيئي
المركبات الفضائية هي مساحات مغلقة تحتوي عادة على آلات معقدة قيد التشغيل بالإضافة إلى تجارب علمية وعروض تكنولوجية. يمكن أن تؤدي مشكلة أي من هذه الأشياء إلى تعريض البيئة المغلقة للخطر ، مما يجعلها غير آمنة. في حين أن المراقبين البيئيين الحاليين على متن محطة الفضاء الدولية ينبهون أفراد الطاقم ومراقبة المهمة عند حدوث حالة طوارئ ، لا يمكن إجراء مراقبة الصحة البيئية طويلة الأمد على متن المحطة الفضائية.
و في الوقت الحالي ، ترسل ناسا عينات بيئية مؤرشفة إلى الأرض كجزء من عملية المراقبة طويلة الأجل. من أجل التخفيف من الحاجة إلى إعادة عينات الهواء والماء هذه من الفضاء لتحليلها ، تقوم ناسا بتطوير قدرات تحليل LSS على متن الطائرة. يعد المنهج العام لهندسة أنظمة LSS خطوة رئيسية نحو هذا الهدف.
وتجري تلبية احتياجات الرصد في المستقبل من خلال تبني التكامل المعياري لطرائق الاستشعار المتعددة، واستخدام مزيج من التكنولوجيات البسيطة والوعرة، واستخدام نهج معقدة عالية القدرة عند الحاجة. وتشمل الجهود المبذولة في هذا المجال ما يلي:
- تطوير وإظهار قدرات التحليل على متن الطائرة التي ستحل محل الحاجة إلى إعادة عينات الهواء والماء إلى الأرض لتحليلها على الأرض.
- دمج تقنيات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) لتمكين التصغير الكبير على الأنظمة الحالية ، واختيار العناصر التي توفر موارد منخفضة وموثوقية عالية للتشغيل من أجل القدرة على تحمل التكاليف.
- تطوير و / أو إظهار و / أو اختبار مرشحي تكنولوجيا العمليات الرائدة وهياكل الأنظمة التي من شأنها سد فجوات القدرات أو تحسين الكفاءة والسلامة والموثوقية بشكل كبير.
- عرض مواد الاختبار (على مستويات الاستعداد التكنولوجي المختلفة) في منشأة اختبار أرضية في ظل ظروف الطيران ذات الصلة.
إدارة الغلاف الجوي
الحفاظ على الغلاف الجوي داخل الموئل هو الأولوية القصوى لأي نظام لدعم الحياة ، وهذا هو السبب في أن إدارة الغلاف الجوي هي وظيفة حاسمة لجميع بعثات الاستكشاف البشري كما يجب ألا توفر أنظمة دعم الحياة الأكسجين وتزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي فحسب ، بل يجب أن تمنع أيضا الغازات مثل الأمونيا والأسيتون ، التي ينبعث منها البشر بكميات صغيرة ، من التراكم.
تشكل المواد الكيميائية البخارية من التجارب العلمية خطرا محتملا أيضا ، إذا اتحدت بطرق غير متوقعة مع عناصر أخرى في إمدادات الهواء. يشمل تنشيط الهواء توليد الأكسجين واستعادته وإزالة ثاني أكسيد الكربون والتحكم في الملوثات النزرة والجسيمات
توليد الأكسجين واستعادته
يتضمن مجال تطوير تكنولوجيا توليد الأكسجين واستعادته عدة طرق تزويد الطاقم بالأكسجين ، لاستعادة الأكسجين من ثاني أكسيد الكربون الزفير ، وإعادة تدوير الأكسجين المستعاد مرة أخرى في الغلاف الجوي و يمكن لأنظمة توليد الأكسجين الحالية على متن المحطة الفضائية توليد أو استعادة ما يقرب من 40 في المائة من الأكسجين المطلوب. بالنسبة لبعثات الاستكشاف ، يجب أن تزيد هذه النسبة بشكل كبير. تشمل المهام المحددة ما يلي:
- تطوير التقنيات لنظام توصيل وإمداد الأكسجين.
- تطوير تقنيات لزيادة استعادة الأكسجين.
- تطوير تقنيات توليد الأكسجين عالي الضغط عالي النقاء لمركبات الاستكشاف.
إزالة ثاني أكسيد الكربون
و يتم إعادة تدوير غالبية هواء التنفس لرواد الفضاء داخل المركبة الفضائية أو الموئل ، وجزء أساسي من هذه العملية هو إزالة ثاني أكسيد الكربون الزفير و تركز إزالة ثاني أكسيد الكربون وما يرتبط بها من جهود تطوير تجفيف الهواء على تحسين التكنولوجيا الحالية في المحطة الفضائية بالإضافة إلى تقييم وفحص جدوى التقنيات الناشئة أو البديلة الأخرى. تشمل المهام المحددة ما يلي:
- تنفيذ سيناريوهات الاختبار لتحسين الأداء.
- فحص المواد الماصة البديلة (المواد المستخدمة للامتصاص أو السوائل أو الغازات) لتحديد أفضل مرشح لنظام إزالة ثاني أكسيد الكربون في الفضاء السحيق.
- اختبار المواد الماصة الجديدة كبدائل لتلك المستخدمة حاليا.
- الاختبار الأرضي لأنظمة إزالة وضغط ثاني أكسيد الكربون البديلة.
- اختبار الأرض لمختلف مشتقات الأمونيا الصلبة / السائلة / الحرارية كبديل للأنظمة الحالية.
تتبع الملوثات ومكافحة الجسيمات
بالتعاون مع لجنة علم السموم التابعة للمجلس القومي للبحوث ، وضعت ناسا مبادئ توجيهية لمستويات آمنة ومقبولة من الملوثات الفردية في هواء المركبات الفضائية ومياه الشرب. يحافظ نظام التحكم في الملوثات والجسيمات في مقصورة المركبة الفضائية على البيئة أقل من الحد الأقصى المسموح به لتركيز المركبة الفضائية للمواد الكيميائية والجسيمات. الجسيمات هي جزيئات صغيرة من المادة مثل الغبار والهباء الجوي.
تساهم كل من الطرق السلبية (المرشحات) والنشطة (أجهزة الغسيل) في التصميم العام لنظام التحكم في الملوثات الذرة والجسيمات ويركز العمل على تطوير التكنولوجيا والقدرة في هذا المجال على إدخال تحسينات على أنظمة المحطات الفضائية الحالية لتحسين الأداء وتقليل المواد الاستهلاكية.
تشمل المهام المحددة ما يلي:
- تطوير تقنيات جديدة للسيطرة على التلوث النزرة.
- اختبار تقنيات مراقبة الهباء الجوي في المركبات الفضائية.
- تطوير تقنيات الترشيح للتحكم في الجسيمات لتلبية متطلبات الاستكشاف وتقليل متطلبات صيانة الطاقم.
إدارة المياه
يتمثل أحد الأهداف الرئيسية لأنظمة دعم الحياة في تطوير أنظمة استعادة المياه لدعم الاستكشاف البشري طويل الأمد في الفضاء السحيق. تم تصميم أنظمة إدارة مياه الصرف الصحي لإعادة تدوير بول أفراد الطاقم ومياه الصرف الصحى والرطوبة لإعادة استخدامها كمياه نظيفة. من خلال القيام بذلك ، يقلل النظام من كمية المياه والمواد الاستهلاكية التي يجب إطلاقها من الأرض
تستعيد أنظمة محطة الفضاء الدولية الحالية المياه بمعدل 74 بالمائة تقريبا اما بالنسبة للبعثات الأطول والإضافية في الفضاء السحيق ، يجب زيادة هذا المعدل حتى يتمكن رواد الفضاء من السفر لعدة أشهر دون إعادة إمداد البعثات من الأرض ولتحقيق ذلك، يجري العمل في LSS من أجل:
- تطوير تقنيات لتحقيق إغلاق حلقة المياه بنسبة 98 بالمائة.
- زيادة الموثوقية والمتانة مقارنة بالتقنيات الحالية.
- تقليل الكتلة والطاقة والحجم مقارنة بالتقنيات الحالية.
