أنظمة المياه المستدامة للفضاء: مفتاح الإقامة البشرية خارج الأرض

عالمي - وكالة أنباء إخباري

أنظمة المياه المستدامة للفضاء: مفتاح الإقامة البشرية خارج الأرض

في سعيهم الطموح لاستكشاف الفضاء والاستيطان فيه، تواجه البشرية تحديًا أساسيًا: توفير مصدر موثوق للمياه النظيفة الصالحة للشرب. سواء كان ذلك في موائل على القمر أو المريخ، أو في محطات فضائية بعيدة عن الأرض، فإن الماء ليس مجرد مادة حيوية للبقاء على قيد الحياة فحسب، بل هو العمود الفقري لجميع أنظمة دعم الحياة. فالبشر لا يستطيعون البقاء على قيد الحياة لأكثر من ثلاثة أيام بدون ماء، وهو ضروري أيضًا لتوليد الأكسجين، وري النباتات الصالحة للأكل، والنظافة الشخصية. هذا الواقع يضع متطلبًا لا غنى عنه لأنظمة مياه مغلقة الحلقة قادرة على توفير المياه النظيفة لشهور وسنوات دون الحاجة إلى إعادة الإمداد المستمر.

دراسة حديثة نُشرت في مجلة Water Resources Research، تسلط الضوء على نظام التحكم البيئي ودعم الحياة (ECLSS) الموجود على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) كمثال بارز على التقدم المحرز في هذا المجال. لقد أظهر نظام ECLSS قدرة رائعة على استعادة 93% من المياه التي يفقدها رواد الفضاء عبر البول والعرق والرطوبة. ومع ذلك، يشير المؤلفون، ديفيد باميديل أولاوادي من جامعة شرق لندن، وجيمس أو. إيجي وادي من جامعة إيبادان، ووجيما زكريا وادا من جامعة حمد بن خليفة، إلى أن هناك تحديات كبيرة لا تزال قائمة. وتستكشف ورقتهم مراجعة شاملة لأساليب متعددة لتحقيق أنظمة مياه مستدامة (SWS) تكون موفرة للطاقة، ومتينة، وقادرة على توفير إمدادات ثابتة من المياه النظيفة.

بينما يوفر نظام ECLSS على محطة الفضاء الدولية مخططًا لاستصلاح المياه في حلقة مغلقة، فإن حدوده واضحة عند التفكير في تطبيقات مستقبلية أبعد. يمكن إعادة إمداد محطة الفضاء الدولية بالمياه في غضون ساعات قليلة، لكن التحديات اللوجستية هائلة. تشير التقديرات الرسمية إلى أن هذه العملية يمكن أن تكلف عشرات الآلاف من الدولارات لكل كيلوغرام، وتزداد التكلفة بشكل كبير للمهام الأكثر بعدًا. بالإضافة إلى التكلفة الباهظة، تعقد الأمور بسبب سعة الحمولة المحدودة، مما يقيد بشدة البضائع التي يمكن لمهام إعادة الإمداد حملها.

الأنظمة الحالية مثل ECLSS تستهلك الكثير من الطاقة بحيث لا يمكن استخدامها خارج مدار الأرض المنخفض (LEO) وليست فعالة بما يكفي لتكون مستدامة لفترات غير محددة. علاوة على ذلك، يواجه استخراج الموارد في المواقع خارج الأرض تحديات فريدة مثل الجاذبية الصغرى، وظروف الفراغ، وتقلبات درجات الحرارة الشديدة، وقيود الوزن، وقضايا التحليل والاتصال. في البيئات النائية مثل القطب الجنوبي للقمر أو الفضاء السحيق، حيث يكون الوصول إلى الطاقة الشمسية محدودًا بسبب فترات الظلام الطويلة، يجب تطوير مصادر طاقة بديلة ومبتكرة.

هناك أيضًا مشكلة الصيانة. تخضع أنظمة إعادة تدوير المياه التقليدية للتآكل والبلى بمرور الوقت. في المهام طويلة الأمد، تكون القدرة على إجراء صيانة دورية محدودة للغاية، مما يجعل متانة النظام أمرًا بالغ الأهمية. لمعالجة هذه التحديات، نظر أولاوادي وزملاؤه في التطورات الحديثة في أنظمة الترشيح، وطرق التطهير، والتقنيات المستقلة. يؤكدون أن أنظمة المستقبل يجب أن تكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ومصممة لمقاومة التآكل والمشكلات الميكانيكية الأخرى.

في مراجعتهم، يشدد المؤلفون على أهمية الاستفادة من الموارد في الموقع (ISRU)، وهو جانب حيوي لجميع خطط استكشاف القمر والمريخ المستقبلية. وفقًا لبرنامج أرتميس، تخطط ناسا لإنشاء قاعدة قمرية في حوض أيتكين بالقطب الجنوبي للقمر، وهي منطقة شديدة الحفر. وينطبق الشيء نفسه على محطة الأبحاث القمرية الدولية (ILRS) التابعة للصين وخطط وكالة الفضاء الأوروبية لإنشاء قرية قمرية دولية. هذه الوجهة مفضلة بسبب وفرة الجليد المائي الموجود في الحفر — المعروفة أيضًا باسم المناطق المظللة بشكل دائم (PSRs) — في المنطقة القطبية الجنوبية.

تُستخدم اعتبارات مماثلة في التخطيط لمهام المريخ المستقبلية. لسنوات، قامت المهام الروبوتية بمسح السطح بحثًا عن مصادر المياه، لا سيما في خطوط العرض الوسطى. ومع ذلك، فإن استخراج المياه خارج كوكب الأرض وتنقيتها يطرح تحديات تقنية ولوجستية، بما في ذلك الحاجة إلى معدات متخصصة للوصول إلى احتياطيات المياه المدفونة في التربة السطحية ومعالجتها. على المريخ، هناك أيضًا مسألة جودة المياه الجوفية، نظرًا للمستويات العالية من البيركلورات والمركبات العضوية الضارة الأخرى التي يمكن أن تجعلها غير صالحة للاستهلاك البشري.

يتطلب هذا أنظمة استخراج وتنقية متقدمة لجعل مصادر المياه هذه مقبولة للاستهلاك البشري وأنظمة دعم الحياة. كما أنها تتطلب أنظمة طاقة مستدامة ومتينة ومناسبة للبيئات القاسية. لتلبية متطلبات الطاقة الكبيرة لأنظمة الاستخراج والتنقية، ينظر المؤلفون في تطبيقات الطاقة الشمسية والحرارية الشمسية المختلفة. يمكن لمثل هذه الأنظمة توفير طاقة نظيفة للضخ، وتحلية المياه (عبر التناضح العكسي أو التحلية الكهربائية)، وتشغيل طرق التنقية مثل التحفيز الضوئي والترشيح. وهي مناسبة أيضًا للأنظمة اللامركزية والموزعة، والتي تعتبر مثالية للموائل في البيئات خارج كوكب الأرض، حيث تكون محطات الطاقة وأنظمة الشبكة غير ممكنة.

بالإضافة إلى ذلك، تقوم الأنظمة الكهروحرارية بتحويل الإشعاع الشمسي إلى حرارة، والتي يمكن استخدامها في عمليات تتراوح من التقطير الشمسي إلى تحلية المياه. توفر حلول الطاقة الشمسية الحرارية الهجينة كفاءة إضافية عن طريق توليد الطاقة للمضخات والفلاتر في وقت واحد أثناء تحلية المياه وتطهير إمداداتها. ومع ذلك، فإن الطاقة الشمسية محدودة في بيئات مثل المناطق القطبية للقمر بسبب فترات الظلام الطويلة، بينما يتلقى المريخ إشعاعًا شمسيًا أقل بشكل عام، مما يستلزم حلول تخزين طاقة متقدمة أو مصادر طاقة بديلة.

وكالة أنباء إخباري