به گزارش ایسنا، سامانه‌های پشتیبان حیات(Life Support Systems) مجموعه‌ای از تجهیزات و فرآیندها هستند که شرایط لازم برای حیات انسان را در مأموریت‌های فضایی فراهم و حفظ می‌کنند. این سامانه‌ها در فضاپیماها، ایستگاه‌های فضایی و در آینده در پایگاه‌های قمری و مریخی کاربرد خواهند داشت.

سامانه‌های پشتیبان حیات وظیفه دارند تا هوای قابل تنفس (اکسیژن کافی و حذف کربن دی‌اکسید) را فراهم کنند، دمای محیط و فشار هوا را کنترل کنند، آب آشامیدنی و قابل استفاده را تولید و بازیافت کنند، زباله‌ها و فضولات انسانی را جمع‌آوری و دفع کنند، از بدن فضانوردان در برابر تشعشعات و تابش‌های فضایی محافظت کنند و شرایط روانی و فیزیولوژیکی مناسب برای زندگی طولانی‌مدت در فضا را فراهم کنند.

تامین اکسیژن

یکی از مهم‌ترین سامانه‌ها برای این امر، سامانه کنترل محیط و تأمین اکسیژن است که شامل چند زیرسامانه حیاتی نظیر کنترل ترکیب هوا، کنترل دما و رطوبت و حفظ فشار کابین است.

اکسیژن در فضا از منابعی مانند الکترولیز آب، مخازن فشرده یا سوخت‌های شیمیایی تولید می‌شود. ضمن اینکه کربن دی‌اکسید باید توسط فیلترهای شیمیایی حذف شود. به این ترکیب، نیتروژن نیز برای حفظ فشار و ترکیب هوای طبیعی (مشابه با زمین) افزوده می‌شود.

همچنین از مبدل‌های حرارتی، تهویه‌کننده‌ها و سیستم‌های رطوبت‌گیر استفاده می‌شود تا دما بین ۱۸ تا ۲۷ درجه سانتی‌گراد و رطوبت بین ۳۰ تا ۷۰ درصد حفظ شود.

علاوه بر این، فضاپیماها معمولاً در فشار یک اتمسفر یا کمی پایین‌تر (۰.۷ تا ۰.۸ اتمسفر) کار می‌کنند تا از مشکلات فیزیولوژیکی جلوگیری شود.

تولید آب و بازیافت آن

آب در فضا بسیار باارزش است، بنابراین سامانه‌های مدرن به‌صورت حلقه‌بسته طراحی می‌شوند تا بازیافت آب را از رطوبت تنفس، تعریق بدن یا ادرار فضانوردان انجام دهند که این کار توسط سامانه‌های تقطیر و تصفیه چندمرحله‌ای انجام می‌شود.

همچنین تصفیه شیمیایی و میکروبی با استفاده از فیلترها و اشعه فرابنفش انجام می‌پذیرد. برای مثال، در ایستگاه فضایی بین‌المللی(ISS)، حدود ۹۰ درصد از آب مصرفی فضانوردان، از طریق بازیافت و همین روش‌ها تهیه می‌شود.

سامانه مدیریت زباله‌ها و ضایعات

مدیریت زباله از مواردی است که به منظور ادامه زندگی و کار در فضا باید به دقت انجام شود تا از آلودگی محیط‌های بسته در فضا جلوگیری شود و سلامت فضانوردان به خطر نیفتد.

این کار به دو صورت انجام می‌شود. برخی زباله‌ها مانند زباله‌های جامد شامل غذاهای باقی‌مانده و بسته‌بندی‌ها در محفظه‌های ویژه نگهداری می‌شوند و برخی دیگر از ضایعات مانند ادرار و سایر مایعات، بازیافت یا در موارد خاص در فضا تخلیه می‌شوند.

همچنین دانشمندان در نظر دارند تا کاری کنند که در مأموریت‌های بلندمدت مثل ماموریت‌های مریخی، فناوری‌های تبدیل زباله به انرژی یا مواد خام مورد استفاده قرار گیرند.

کنترل تشعشعات فضایی

فضانوردان در معرض تشعشعات و تابش‌های خورشیدی(Solar Radiation) و پرتوهای کیهانی(Cosmic Rays) هستند.

روش‌های حفاظت در مقابل تشعشعات شامل استفاده از سپرهای چندلایه آلومینیومی یا پلی‌اتیلنی، طراحی پناهگاه و استفاده از دیگر لایه‌های محافظ است.

کنترل میکروارگانیسم‌ها و آلودگی‌ها

در فضا و محیط‌های زیستی مانند فضاپیماها، ایستگاه فضایی یا سکونتگاه‌های قمری که محیط‌های بسته و محدود هستند، رشد و گسترش میکروارگانیسم‌ها (باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها) می‌تواند خطرات جدی برای سلامت فضانوردان و عملکرد تجهیزات ایجاد کند، چرا که در فضا، رشد باکتری‌ها به دلیل شرایط ریزگرانش افزایش می‌یابد. بنابراین سیستم تهویه با فیلترهای HEPA و ضدعفونی‌کننده‌ها باید محیط را پاک نگه دارد.

مشکل اینجاست که بی‌وزنی، رطوبت و هوای بازچرخانی‌شده باعث تغییر رفتار و افزایش مقاومت میکروب‌ها می‌شود. بنابراین، کنترل زیستی یکی از بخش‌های حیاتی سامانه‌های پشتیبان حیات است.

آلودگی‌های زیستی در فضا از چند منبع اصلی شامل بدن انسان، غذا و آب، تجهیزات و سطوح داخلی و سیستم تهویه و فیلترها سرچشمه می‌گیرند که در صورت نگهداری نامناسب، محل تجمع میکروب‌ها می‌شوند.

سامانه‌های بیولوژیکی پشتیبان حیات

در مأموریت‌های طولانی‌مدت مانند سفر به مریخ، استفاده از سامانه‌های بسته زیستی ضروری است. در این سامانه‌ها گیاهان با فتوسنتز، اکسیژن تولید و کربن دی‌اکسید مصرف می‌کنند، فاضلاب‌ها و زباله‌ها توسط میکروارگانیسم‌ها به مواد مغذی قابل‌استفاده برای گیاهان تبدیل می‌شوند و هدف نهایی، ایجاد یک اکوسیستم بسته و پایدار است.

نمونه‌های چنین سامانه‌هایی را می‌توان در پروژه ملیسا(MELiSSA) متعلق به آژانس فضایی اروپا، آزمایش «بیوسفر ۲»(Biosphere 2) ناسا و سامانه «CELSS» ناسا دید.

یک نمونه عملی از موارد مذکور، ایستگاه فضایی بین‌المللی(ISS) است. سامانه‌های پشتیبان حیات در این ایستگاه فضایی شامل تولید اکسیژن با الکترولیز آب توسط دستگاهی موسوم به «OGA»، حذف کربن دی‌اکسید با دستگاه «CDRA»، بازیافت آب توسط سامانه «WRS» و کنترل دما و تهویه توسط سامانه «TCS» است.

چالش‌ها و آینده سیستم‌های پشتیبان حیات

محققان و مهندسان در سراسر دنیا به دنبال رفع چالش‌های کنونی در توسعه سامانه‌های پشتیبانی از حیات در فضا هستند. هر چند که توفیقاتی در این عرصه داشته‌اند، اما هنوز فناوری برای پشتیبانی از فضانوردان در ماموریت‌های طولانی‌مدت به اعماق فضا به خوبی تکامل نیافته است.

چالش‌های کنونی در این مسیر، شامل کاهش وزن و مصرف انرژی سامانه‌ها، افزایش بازدهی سامانه‌های بازیافت، قابلیت اعتماد بالا در مأموریت‌های بلندمدت و حفاظت مؤثر در برابر تشعشعات فضایی است.

همچنین تمرکز دانشمندان در آینده، بر سامانه‌های خودترمیم، هوشمند و زیست‌پایه است که بتوانند بدون دخالت مداوم انسان عمل کنند.

در نهایت، سامانه‌های پشتیبان حیات، شالوده‌ بقای انسان در فضا هستند و پیشرفت در این حوزه نه‌تنها برای مأموریت‌های فضایی، بلکه برای کاربردهای زمینی مانند زیستگاه‌های زیرزمینی یا محیط‌های آلوده نیز ارزشمند خواهد بود.

انتهای پیام