Pesquisadores Examinam Como Alcançar Sistemas Hídricos Sustentáveis para o Espaço

Reino Unido - Agência de Notícias Ekhbary

Pesquisadores Examinam Como Alcançar Sistemas Hídricos Sustentáveis para o Espaço

À medida que as ambições da humanidade se estendem para o estabelecimento de uma presença permanente no espaço, o fornecimento de água potável limpa e confiável emerge como um pré-requisito fundamental. Seja para habitats na Lua, bases em Marte ou estações espaciais distantes, a água não é apenas um conforto, mas a própria essência da sobrevivência. Essa necessidade é agravada pelas duras realidades da exploração espacial, onde os recursos são escassos e as missões de reabastecimento são proibitivamente caras, demoradas ou ambas. Depender da Terra para um suprimento contínuo de água é um modelo insustentável para empreendimentos extraterrestres de longa duração.

A dependência absoluta do corpo humano da água, com a sobrevivência limitada a apenas três dias sem ela, ressalta seu papel crítico. Além da hidratação pessoal, a água é indispensável para gerar oxigênio respirável por eletrólise, cultivar plantas comestíveis em ambientes controlados e manter os padrões básicos de higiene dentro de habitats fechados. Para atender a essas demandas multifacetadas, o desenvolvimento de sofisticados sistemas de ciclo fechado (Closed-Loop Systems) é primordial – sistemas capazes de fornecer água limpa consistentemente por meses, até anos, sem reposição externa.

Uma contribuição significativa para este campo vem de um estudo recente publicado em *Water Resources Research*. O artigo examina os progressos feitos, citando o Sistema de Controle Ambiental e Suporte de Vida (ECLSS) a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) como um exemplo primordial. O ECLSS demonstrou uma eficiência notável, recuperando aproximadamente 93% da água perdida pelos astronautas através da urina, suor e respiração. No entanto, os autores do estudo enfatizam que, apesar dessa conquista, desafios substanciais persistem. Eles defendem a exploração de múltiplas abordagens inovadoras para realizar sistemas hídricos verdadeiramente sustentáveis (SWS) que não sejam apenas altamente eficientes em termos energéticos e duráveis, mas também capazes de fornecer um suprimento constante e confiável de água potável em ambientes extraterrestres.

A revisão abrangente foi liderada por David Bamidele Olawade, um pesquisador de saúde pública afiliado à University of East London, ao Medway NHS Foundation Trust e à York St John University. Ele foi acompanhado por James O. Ijiwade, pesquisador de Ciências Ambientais e Nanotecnologia da Universidade de Ibadan, Nigéria, e Ojima Zechariah Wada, pesquisador de pós-doutorado especializado em gestão de água e biotecnologia ambiental na Universidade Hamad Bin Khalifa, Catar. Sua expertise coletiva oferece uma perspectiva multidisciplinar sobre as complexidades da sustentabilidade da água no espaço.

Enquanto o ECLSS da ISS serve como um valioso projeto para a recuperação de água em ciclo fechado, suas limitações para futuras missões de espaço profundo são evidentes. A ISS se beneficia de capacidades de reabastecimento relativamente rápidas da Terra, mas os encargos logísticos e financeiros são imensos. Estimativas oficiais sugerem que o transporte de apenas um quilograma de água pode custar dezenas de milhares de dólares, com custos aumentando exponencialmente para missões a corpos celestes mais distantes. Essa barreira financeira, juntamente com a capacidade de carga útil limitada das naves espaciais, restringe severamente a quantidade de carga, incluindo a água, que pode ser transportada.

Além disso, sistemas atuais como o ECLSS consomem muita energia, tornando-os impraticáveis para uso além da órbita terrestre baixa (LEO). Seus níveis de eficiência também são insuficientes para sustentabilidade indefinida. A extração de recursos em locais fora da Terra apresenta um conjunto único de obstáculos, incluindo microgravidade, condições de vácuo, flutuações extremas de temperatura, restrições de peso e dificuldades na análise de dados e comunicação. Em ambientes remotos, como os polos lunares ou o espaço profundo, onde a disponibilidade de energia solar é intermitente devido a longos períodos de escuridão, o desenvolvimento de fontes de energia alternativas e confiáveis é crucial.

A manutenção é outra consideração crítica. Sistemas convencionais de reciclagem de água são suscetíveis à corrosão e ao desgaste ao longo do tempo. Para missões de longa duração, a capacidade de realizar manutenção regular é severamente limitada, tornando a durabilidade e a longevidade do sistema primordiais. Para superar esses obstáculos, Olawade e seus colegas investigaram os avanços recentes em tecnologias de filtração, métodos de desinfecção inovadores e gerenciamento autônomo de sistemas. O ECLSS da ISS fornece uma base, mas os sistemas futuros devem ser projetados para maior eficiência energética e maior resistência à degradação em ambientes espaciais hostis.

Os pesquisadores enfatizam fortemente a importância da Utilização de Recursos In-Situ (ISRU) – a prática de obter e utilizar materiais encontrados no local. ISRU é uma pedra angular dos planos para futuras explorações lunares e marcianas. O Programa Artemis da NASA, por exemplo, visa estabelecer uma base lunar na Bacia Aitken do Polo Sul, rica em recursos, uma área caracterizada por numerosas crateras. A Estação Internacional de Pesquisa Lunar (ILRS) da China e a visão da Agência Espacial Europeia de uma Vila Lunar Internacional também visam essa região, principalmente devido à presença confirmada de abundante gelo de água dentro de regiões permanentemente sombreadas (PSRs).

Considerações estratégicas semelhantes guiam o planejamento de missões a Marte. Exploradores robóticos passaram anos identificando potenciais fontes de água na superfície marciana, particularmente em latitudes médias. No entanto, a extração e purificação de água extraterrestre apresentam desafios técnicos e logísticos significativos. Isso inclui o desenvolvimento de equipamentos especializados capazes de acessar e processar reservas de água potencialmente enterradas sob o regolito marciano. Além disso, a qualidade da água subterrânea em Marte é uma preocupação, com altas concentrações de percloratos e outros compostos orgânicos potencialmente prejudiciais que requerem técnicas de purificação avançadas para torná-la segura para consumo humano e sistemas de suporte de vida.

Consequentemente, sistemas avançados de extração e purificação são essenciais, juntamente com sistemas de energia que sejam igualmente sustentáveis, duráveis e adaptados a condições extraterrestres extremas. Em essência, os sistemas de água espacial devem ser de ciclo fechado, altamente eficientes, robustos e exigir energia mínima. Para atender às consideráveis demandas de energia dos sistemas de extração e purificação, o estudo examina várias aplicações de energia solar e solar-térmica. Estas poderiam alimentar processos críticos como bombeamento de água, dessalinização (usando métodos como osmose reversa ou eletrodiálise) e purificação (via fotocatálise ou filtração avançada). Tais sistemas descentralizados são ideais para habitats extraterrestres onde usinas de grande escala são inviáveis.

Sistemas fototérmicos, que convertem a radiação solar em calor, oferecem aplicações versáteis desde a destilação solar até a dessalinização. Soluções híbridas fotovoltaico-térmicas (PV-T) podem aumentar ainda mais a eficiência, gerando simultaneamente eletricidade para bombas e filtros, ao mesmo tempo que produzem calor para o tratamento da água. No entanto, a dependência da energia solar enfrenta limitações, especialmente nas regiões polares lunares com longos períodos de escuridão e em Marte, que recebe significativamente menos radiação solar do que a Terra (aproximadamente 43% a 60%). Para mitigar esses desafios energéticos, os pesquisadores também exploram o potencial de pequenos reatores nucleares modulares. Estes estão atualmente em consideração para futuras bases lunares e marcianas, exemplificados pelo programa KRUSTY da NASA (Kilopower Reactor Using Stirling Technology).

O estudo também considera os avanços recentes em biorreatores e engenharia genética, que podem oferecer soluções inovadoras para o processamento de água e gerenciamento de resíduos no espaço. O progresso nessas áreas interconectadas é crucial para permitir a habitabilidade humana sustentável além da Terra e garantir o bem-estar dos futuros exploradores espaciais.

Agência de Notícias Ekhbary