Araştırmacılar Uzay İçin Sürdürülebilir Su Sistemleri Oluşturmanın Yollarını İnceliyor

Birleşik Krallık - Ekhbary Haber Ajansı

Araştırmacılar Uzay İçin Sürdürülebilir Su Sistemleri Oluşturmanın Yollarını İnceliyor

İnsanlığın uzayda kalıcı bir varlık oluşturma yönündeki hırsları arttıkça, temiz ve güvenilir içme suyu tedariki temel bir ön koşul olarak ortaya çıkıyor. İster Ay'daki yerleşimler, ister Mars'taki üsler, ister uzak uzay istasyonları olsun, su sadece bir konfor değil, hayatta kalmanın özüdür. Bu zorunluluk, kaynakların kıt olduğu ve ikmal görevlerinin aşırı derecede pahalı, zaman alıcı veya her ikisi birden olduğu uzay keşiflerinin zorlu gerçekleriyle daha da artmaktadır. Sürekli bir su tedariki için Dünya'ya güvenmek, uzun süreli dünya dışı girişimler için sürdürülebilir bir model değildir.

İnsan vücudunun suya olan mutlak bağımlılığı, susuz hayatta kalmanın sadece üç günle sınırlı olması, onun kritik rolünü vurgulamaktadır. Kişisel hidrasyonun ötesinde, su, elektroliz yoluyla solunabilir oksijen üretimi, kontrollü ortamlarda yenilebilir bitkilerin yetiştirilmesi ve kapalı habitatlarda temel hijyen standartlarının sürdürülmesi için vazgeçilmezdir. Bu çok yönlü talepleri karşılamak için, harici bir yenilemeye ihtiyaç duymadan, sürekli olarak aylar, hatta yıllar boyunca temiz su sağlayabilen gelişmiş kapalı döngü sistemlerinin (Closed-Loop Systems) geliştirilmesi esastır.

Bu alana önemli bir katkı, yakın zamanda *Water Resources Research* dergisinde yayınlanan bir çalışmadan gelmektedir. Makale, Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki (ISS) Çevre Kontrol ve Yaşam Destek Sistemi'ni (ECLSS) önde gelen bir örnek olarak göstererek, kaydedilen ilerlemeyi incelemektedir. ECLSS, astronotların idrar, ter ve solunum yoluyla kaybettikleri suyun yaklaşık %93'ünü geri kazanarak dikkate değer bir verimlilik sergilemiştir. Bununla birlikte, çalışmanın yazarları, bu ilerlemeye rağmen önemli zorlukların devam ettiğini vurgulamaktadır. Gerçekten sürdürülebilir su sistemleri (SWS) oluşturmak için, sadece yüksek enerji verimliliğine ve dayanıklılığa sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda dünya dışı ortamlarda sabit ve güvenilir içme suyu tedariki sağlayabilen çok sayıda yenilikçi yaklaşımın araştırılmasını savunuyorlar.

Kapsamlı inceleme, Doğu Londra Üniversitesi, Medway NHS Vakıf Güveni ve York St John Üniversitesi ile bağlantılı halk sağlığı araştırmacısı David Bamidele Olawade tarafından yönetildi. Ona, Nijerya'daki İbadan Üniversitesi'nden çevre bilimi ve nanoteknoloji araştırmacısı James O. Ijiwade ve Katar'daki Hamad Bin Khalifa Üniversitesi'nden su yönetimi ve çevre biyoteknolojisi alanında uzmanlaşmış doktora sonrası araştırmacı Ojima Zechariah Wada katıldı. Kolektif uzmanlıkları, uzayda su sürdürülebilirliğinin karmaşıklığına çok disiplinli bir bakış açısı sunmaktadır.

ISS'nin ECLSS'si kapalı döngü su geri kazanımı için değerli bir plan sunarken, gelecekteki derin uzay görevleri için sınırlamaları açıktır. ISS, Dünya'dan nispeten hızlı ikmal yeteneklerinden faydalanmaktadır, ancak lojistik ve finansal yükler büyüktür. Resmi tahminler, sadece bir kilogram suyun taşınmasının on binlerce dolara mal olabileceğini ve daha uzak gök cisimlerine yapılan görevler için maliyetlerin katlanarak arttığını göstermektedir. Uzay araçlarının sınırlı yük kapasitesi ile birlikte bu finansal engel, taşınabilecek yük miktarını, su dahil olmak üzere, ciddi şekilde sınırlamaktadır.

Ayrıca, ECLSS gibi mevcut sistemler oldukça fazla enerji tüketmektedir, bu da onları Alçak Dünya Yörüngesi (LEO) dışındaki kullanımlar için pratik olmaktan çıkarmaktadır. Verimlilik seviyeleri de belirsiz bir sürdürülebilirlik için yetersizdir. Dünya dışı konumlarda kaynakların çıkarılması, mikro yerçekimi, vakum koşulları, aşırı sıcaklık dalgalanmaları, ağırlık kısıtlamaları ve veri analizi ve iletişim zorlukları gibi benzersiz bir dizi engelle karşı karşıyadır. Ay kutupları veya derin uzay gibi uzak ortamlarda, uzun karanlık dönemler nedeniyle güneş enerjisi kullanılabilirliğinin kesintili olduğu yerlerde, alternatif ve güvenilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi kritik öneme sahiptir.

Bakım da kritik bir husustur. Geleneksel su geri dönüşüm sistemleri zamanla korozyona ve aşınmaya eğilimlidir. Uzun süreli görevler için düzenli bakım yapma yeteneği ciddi şekilde sınırlıdır, bu da sistem dayanıklılığını ve uzun ömürlülüğünü en önemli hale getirir. Bu engellerin üstesinden gelmek için Olawade ve meslektaşları, filtrasyon teknolojilerindeki, yeni dezenfeksiyon yöntemlerindeki ve otonom sistem yönetimindeki en son gelişmeleri araştırmışlardır. ISS'nin ECLSS'si bir temel sağlarken, gelecekteki sistemler daha yüksek enerji verimliliği ve sert uzay ortamlarındaki bozulmaya karşı artırılmış direnç için tasarlanmalıdır.

Araştırmacılar, yerinde bulunan malzemelerin kaynağını bulma ve kullanma uygulaması olan Yerinde Kaynak Kullanımı'nın (ISRU) önemini güçlü bir şekilde vurgulamaktadır. ISRU, gelecekteki Ay ve Mars keşif planlarının temel taşıdır. Örneğin, NASA'nın Artemis Programı, çok sayıda kraterle karakterize edilen ve kaynak açısından zengin Güney Kutbu-Aitken Havzası'nda bir Ay üssü kurmayı hedeflemektedir. Çin'in Uluslararası Ay Araştırma İstasyonu (ILRS) ve Avrupa Uzay Ajansı'nın Uluslararası Ay Köyü vizyonu da öncelikle kalıcı olarak gölgelenmiş bölgelerdeki (PSR'ler) bol miktarda bulunan su buzu varlığı nedeniyle bu bölgeyi hedef almaktadır.

Benzer stratejik düşünceler, Mars görevlerinin planlanmasına rehberlik etmektedir. Robotik kaşifler, özellikle orta enlemlerde, Mars yüzeyindeki potansiyel su kaynaklarını belirlemek için yıllarca çalışmışlardır. Ancak, dünya dışı suyun çıkarılması ve arıtılması, Mars regolitinin altında potansiyel olarak gömülü su rezervlerine erişebilen ve bunları işleyebilen özel ekipmanların geliştirilmesini içeren önemli teknik ve lojistik zorluklar sunmaktadır. Ayrıca, Mars'taki yeraltı suyu kalitesi, perkloretler ve diğer potansiyel olarak zararlı organik bileşiklerin yüksek konsantrasyonları nedeniyle, onu insan tüketimi ve yaşam destek sistemleri için güvenli hale getirmek için gelişmiş arıtma teknikleri gerektirmektedir.

Sonuç olarak, gelişmiş çıkarma ve arıtma sistemleri, aynı derecede sürdürülebilir, dayanıklı ve aşırı dünya dışı koşullara uyum sağlamış güç sistemlerinin yanı sıra gereklidir. Özünde, uzay tabanlı su sistemleri kapalı döngü, yüksek verimli, sağlam ve minimum enerji gerektiren sistemler olmalıdır. Çıkarma ve arıtma sistemlerinin önemli enerji taleplerini karşılamak için çalışma, çeşitli güneş ve güneş-termal enerji uygulamalarını incelemektedir. Bunlar, su pompalama, tuzdan arındırma (ters ozmoz veya elektrodiyaliz gibi yöntemler kullanarak) ve arıtma (fotokataliz veya gelişmiş filtrasyon yoluyla) gibi kritik süreçleri güçlendirebilir. Bu tür merkezi olmayan sistemler, büyük ölçekli enerji santrallerinin uygulanamadığı dünya dışı habitatlar için idealdir.

Güneş radyasyonunu ısıya dönüştüren fototermal sistemler, güneş damıtma işleminden tuzdan arındırmaya kadar çeşitli uygulamalar sunar. Hibrit fotovoltaik-termal (PV-T) çözümleri, pompalar ve filtreler için elektrik üretirken aynı zamanda su arıtımı için ısı üretirken verimliliği daha da artırabilir. Bununla birlikte, güneş enerjisine bağımlılık, uzun karanlık dönemlere sahip ay kutup bölgelerinde ve Dünya'dan önemli ölçüde daha az güneş radyasyonu alan Mars'ta (yaklaşık %43 ila %60) sınırlamalarla karşı karşıyadır. Bu enerji zorluklarını hafifletmek için araştırmacılar, küçük modüler nükleer reaktörlerin potansiyelini de incelemektedir. Bunlar, NASA'nın KRUSTY programı ile örneklendirilen, gelecekteki Ay ve Mars üsleri için şu anda değerlendirilmektedir.

Çalışma ayrıca, uzayda su işleme ve atık yönetimi için yenilikçi çözümler sunabilecek biyoreaktörler ve genetik mühendisliğindeki en son gelişmeleri de göz önünde bulundurmaktadır. Bu birbirine bağlı alanlardaki ilerleme, Dünya dışında sürdürülebilir insan yaşamını sağlamak ve gelecekteki uzay kaşiflerinin refahını güvence altına almak için hayati önem taşımaktadır.

Ekhbary Haber Ajansı