Investigadores Examinan Cómo Lograr Sistemas de Agua Sostenibles para el Espacio

Reino Unido - Agencia de Noticias Ekhbary

Investigadores Examinan Cómo Lograr Sistemas de Agua Sostenibles para el Espacio

A medida que las ambiciones de la humanidad se extienden hacia el establecimiento de una presencia permanente en el espacio, la provisión de agua potable limpia y confiable emerge como un requisito previo fundamental. Ya sea para hábitats en la Luna, bases en Marte o estaciones espaciales lejanas, el agua no es solo una comodidad, sino la esencia misma de la supervivencia. Esta necesidad se ve agravada por las duras realidades de la exploración espacial, donde los recursos son escasos y las misiones de reabastecimiento son prohibitivamente costosas, consumen mucho tiempo o ambas cosas. Depender de la Tierra para un suministro continuo de agua es un modelo insostenible para los esfuerzos extraterrestres a largo plazo.

La dependencia absoluta del cuerpo humano del agua, con una supervivencia limitada a solo tres días sin ella, subraya su papel crítico. Más allá de la hidratación personal, el agua es indispensable para generar oxígeno respirable a través de la electrólisis, cultivar plantas comestibles en entornos controlados y mantener los estándares de higiene esenciales dentro de hábitats cerrados. Para satisfacer estas demandas multifacéticas, es primordial el desarrollo de sofisticados sistemas de circuito cerrado (Closed-Loop Systems), capaces de proporcionar agua limpia de manera constante durante meses, incluso años, sin reposición externa.

Una contribución significativa a este campo proviene de un estudio reciente publicado en *Water Resources Research*. El artículo examina los progresos realizados, citando el Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital (ECLSS) a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) como un ejemplo primordial. El ECLSS ha demostrado una eficiencia notable, recuperando aproximadamente el 93% del agua perdida por los astronautas a través de la orina, el sudor y la respiración. Sin embargo, los autores del estudio enfatizan que, a pesar de este logro, persisten desafíos sustanciales. Abogan por explorar múltiples enfoques innovadores para realizar sistemas de agua verdaderamente sostenibles (SWS) que no solo sean altamente eficientes energéticamente y duraderos, sino que también sean capaces de proporcionar un suministro constante y confiable de agua potable en entornos extraterrestres.

La revisión integral fue encabezada por David Bamidele Olawade, un investigador de salud pública afiliado a la University of East London, el Medway NHS Foundation Trust y la York St John University. Le acompañaron James O. Ijiwade, investigador de Ciencias Ambientales y Nanotecnología de la Universidad de Ibadan, Nigeria, y Ojima Zechariah Wada, investigador postdoctoral especializado en gestión del agua y biotecnología ambiental en la Universidad Hamad Bin Khalifa, Qatar. Su experiencia colectiva ofrece una perspectiva multidisciplinaria sobre las complejidades de la sostenibilidad del agua en el espacio.

Mientras que el ECLSS de la ISS sirve como un valioso plano para la recuperación de agua en circuito cerrado, sus limitaciones para futuras misiones de espacio profundo son evidentes. La ISS se beneficia de capacidades de reabastecimiento relativamente rápidas desde la Tierra, pero las cargas logísticas y financieras son inmensas. Las estimaciones oficiales sugieren que el transporte de solo un kilogramo de agua puede costar decenas de miles de dólares, y los costos aumentan exponencialmente para misiones a cuerpos celestes más lejanos. Esta barrera financiera, junto con la capacidad de carga útil limitada de las naves espaciales, restringe severamente la cantidad de carga, incluida el agua, que se puede transportar.

Además, los sistemas actuales como el ECLSS consumen mucha energía, lo que los hace poco prácticos para su uso más allá de la órbita terrestre baja (LEO). Sus niveles de eficiencia también son insuficientes para una sostenibilidad indefinida. La extracción de recursos en lugares fuera del mundo presenta un conjunto único de obstáculos, incluida la microgravedad, las condiciones de vacío, las fluctuaciones extremas de temperatura, las restricciones de peso y las dificultades en el análisis de datos y la comunicación. En entornos remotos, como los polos lunares o el espacio profundo, donde la disponibilidad de energía solar es intermitente debido a largos períodos de oscuridad, el desarrollo de fuentes de energía alternativas y confiables es crucial.

El mantenimiento es otra consideración crítica. Los sistemas convencionales de reciclaje de agua son susceptibles a la corrosión y al desgaste con el tiempo. Para misiones de larga duración, la capacidad de realizar mantenimiento regular está gravemente limitada, lo que hace que la durabilidad y la longevidad del sistema sean primordiales. Para superar estos obstáculos, Olawade y sus colegas investigaron los avances recientes en tecnologías de filtración, métodos de desinfección novedosos y gestión autónoma de sistemas. El ECLSS de la ISS proporciona una base, pero los sistemas futuros deben diseñarse para una mayor eficiencia energética y una mayor resistencia a la degradación en entornos espaciales hostiles.

Los investigadores enfatizan fuertemente la importancia de la Utilización de Recursos In-Situ (ISRU), la práctica de obtener y utilizar materiales encontrados en el sitio. El ISRU es una piedra angular de los planes para futuras exploraciones lunares y marcianas. El Programa Artemis de la NASA, por ejemplo, tiene como objetivo establecer una base lunar en la Cuenca Aitken del Polo Sur, rica en recursos, un área caracterizada por numerosos cráteres. La Estación Internacional de Investigación Lunar (ILRS) de China y la visión de la Agencia Espacial Europea de una Aldea Lunar Internacional también se dirigen a esta región, principalmente debido a la presencia confirmada de abundante hielo de agua dentro de las regiones permanentemente sombreadas (PSRs).

Consideraciones estratégicas similares guían la planificación de misiones a Marte. Los exploradores robóticos han pasado años identificando posibles fuentes de agua en la superficie marciana, particularmente en las latitudes medias. Sin embargo, la extracción y purificación de agua extraterrestre presenta importantes desafíos técnicos y logísticos. Esto incluye el desarrollo de equipos especializados capaces de acceder y procesar reservas de agua potencialmente enterradas bajo el regolito marciano. Además, la calidad del agua subterránea en Marte es una preocupación, con altas concentraciones de percloratos y otros compuestos orgánicos potencialmente dañinos que requieren técnicas de purificación avanzadas para hacerla segura para el consumo humano y los sistemas de soporte vital.

En consecuencia, se necesitan sistemas avanzados de extracción y purificación, junto con sistemas de energía que sean igualmente sostenibles, duraderos y adaptados a condiciones extraterrestres extremas. En esencia, los sistemas de agua espaciales deben ser de circuito cerrado, altamente eficientes, robustos y requerir una energía mínima. Para abordar las considerables demandas de energía de los sistemas de extracción y purificación, el estudio examina diversas aplicaciones de energía solar y solar-térmica. Estas podrían alimentar procesos críticos como el bombeo de agua, la desalinización (utilizando métodos como la ósmosis inversa o la electrodiálisis) y la purificación (mediante fotocatálisis o filtración avanzada). Tales sistemas descentralizados son ideales para hábitats extraterrestres donde las centrales eléctricas a gran escala son inviables.

Los sistemas fototérmicos, que convierten la radiación solar en calor, ofrecen aplicaciones versátiles desde la destilación solar hasta la desalinización. Las soluciones híbridas fotovoltaico-térmicas (PV-T) pueden mejorar aún más la eficiencia al generar simultáneamente electricidad para bombas y filtros, al tiempo que producen calor para el tratamiento del agua. Sin embargo, la dependencia de la energía solar enfrenta limitaciones, especialmente en las regiones polares lunares con períodos prolongados de oscuridad y en Marte, que recibe significativamente menos radiación solar que la Tierra (aproximadamente del 43% al 60%). Para mitigar estos desafíos energéticos, los investigadores también exploran el potencial de los pequeños reactores nucleares modulares. Estos se están considerando actualmente para futuras bases lunares y marcianas, ejemplificados por el programa KRUSTY de la NASA (Kilopower Reactor Using Stirling Technology).

El estudio también considera los avances recientes en biorreactores e ingeniería genética, que podrían ofrecer soluciones innovadoras para el procesamiento de agua y la gestión de residuos en el espacio. El progreso en estos campos interconectados es crucial para permitir la habitabilidad humana sostenible más allá de la Tierra y garantizar el bienestar de los futuros exploradores espaciales.

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