Woda w kosmosie – zwykła ciecz, niezwykłe badania

Sposób recyklingu wody na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS jest imponujący. Dzięki ultranowoczesnej technologii, woda odzyskana z potu, oddechu i moczu jest czysta i bezpieczna. Ale jak pić, kiedy wszystko unosi się w powietrzu?

Astronauci piją ze specjalnych, elastycznych, foliowych worków za pomocą słomek z zaciskami i zaworami jednokierunkowymi. Ta sama, odzyskana woda jest wykorzystywana do wszystkich innych celów na stacji: do przygotowania żywności liofilizowanej oraz celów higienicznych.

Woda jako obiekt badawczy – gdy grawitacja nie przeszkadza

Woda na ISS to fascynujący obiekt badań naukowych. Umożliwia generowanie zjawisk niemożliwych do zbadania na Ziemi. Dlaczego? W środowisku mikro grawitacji siły maskowane przez grawitację – jak napięcie powierzchniowe – dominują i fundamentalnie zmieniają zachowanie płynów.

Najbardziej spektakularnym przykładem jest naturalne formowanie idealnych, lewitujących kul. Na Ziemi każdą kroplę deformuje grawitacja. W kosmosie przybiera kształt o najmniejszej możliwej powierzchni – idealną sferę. Astronauci od lat przeprowadzają fascynujące eksperymenty z takimi kulami: wstrzykują do nich barwniki, by obserwować procesy dyfuzji lub wprowadzają tabletki musujące, by badać zachowanie pęcherzyków gazu.

Równie ciekawie wygląda zjawisko wrzenia w mikro grawitacji. Okazuje się, że woda w kosmosie nie bulgocze. Na Ziemi pęcherzyki pary unoszą się. W stanie nieważkości nie mogą uciec. Zbite w jeden, duży pęcherz pary uniemożliwiają dalsze przekazywanie ciepła. Zrozumienie tego zjawiska pomoże w projektowaniu bezpiecznych systemów chłodzenia dla przyszłych statków kosmicznych.

Brak grawitacji pozwala też tworzyć bardziej jednorodne roztwory i zawiesiny, hodować większe i niemal idealne kryształy, w tym złożone cząsteczki białka. Wiedza ma ogromne znaczenie dla rozwoju nowoczesnej farmacji i materiałoznawstwa.

Zjawiska kapilarne – podstawa przyszłych systemów kosmicznych

Wśród badań nad zachowaniem wody w kosmosie, jeden obszar zasługuje na szczególną uwagę, ponieważ ma fundamentalne, praktyczne znaczenie dla przyszłości załogowej eksploracji kosmosu. Mowa o badaniu zjawisk kapilarnych w warunkach mikro grawitacji.

Czym jest zjawisko kapilarne, zwane też włoskowatością? To zdolność cieczy do swobodnego „wspinania” po bardzo wąskich rurkach (kapilarach) lub wzdłuż powierzchni niektórych materiałów, pozornie wbrew grawitacji. Na Ziemi obserwujemy to na co dzień – papierowy ręcznik wchłania wodę, a woda z gleby podsiąka w łodygach roślin. Siły kapilarne są na Ziemi stosunkowo słabe i maskowane przez grawitację.

Jednak w przestrzeni kosmicznej te subtelne siły stają się niezwykle potężne. Zjawisko kapilarne może być wydajnym, pasywnym sposobem precyzyjnego transportu płynów bez użycia skomplikowanych, ciężkich i zawodnych pomp mechanicznych.

Eksperymenty z serii Capillary Flow Experiments (CFE) badają jak precyzyjnie sterować przepływem płynów w stanie nieważkości, wykorzystując jedynie specjalnie zaprojektowane kształty zbiorników i kanałów. Wiedza fundamentalna do projektowania kluczowych systemów dla przyszłych misji:

• Systemów paliwowych: Jak zapewnić, by ciekłe paliwo w zbiorniku zawsze znajdowało się przy wylocie do silnika.

• Systemów chłodzących: Jak efektywnie i bez pomp rozprowadzać ciecz chłodzącą.

• Systemów podtrzymywania życia: Jak precyzyjnie dostarczać wodę i składniki odżywcze do systemów hydroponicznej uprawy roślin.

Pozornie abstrakcyjne badania mają bardzo praktyczne znaczenie dla przyszłości załogowej eksploracji kosmosu.

Schodzimy na Ziemię – kosmiczne badania nad wodą pomagają planecie

Badania kosmiczne i rozwój zaawansowanych technologii wydają się odległe od ziemskich problemów. Jednak innowacyjne rozwiązania opracowane na potrzeby systemów podtrzymywania życia, mają ogromny potencjał do wykorzystania na naszej planecie.

Transfer technologii jest szczególnie widoczny w dziedzinie oczyszczania i odzyskiwania wody. Są wykorzystywane do tworzenia mobilnych, samowystarczalnych systemów uzdatniania wody. Kompaktowe „oczyszczalnie” będzie można błyskawicznie transportować i uruchamiać w regionach dotkniętych deficytem wody lub w strefach klęsk żywiołowych.

Co więcej, technologie inspirują do tworzenia bardziej wydajnych, zamkniętych systemów recyklingu wody w przemyśle, rolnictwie i nowitek pewnei traktowł sekcje menu jako wykluczona z indeksowania

woczesnym budownictwie. Lepsze zrozumienie procesów filtracji i oczyszczania, zdobyte dzięki doświadczeniom na ISS udoskonali pracę oczyszczalni ścieków. Inwestycje w badania kosmiczne to potężny motor innowacji i realne korzyści tu, na Ziemi.