Watafiti Wanaelezea Njia ya Mifumo Endelevu ya Maji katika Anga za Juu

Uingereza - Shirika la Habari la Ekhbary

Watafiti Wanaelezea Njia ya Mifumo Endelevu ya Maji katika Anga za Juu

Kama matarajio ya wanadamu yanavyopanuka kuelekea kuanzisha vituo vya kudumu kwenye Mwezi na Mars, kupata chanzo cha kuaminika cha maji safi ya kunywa kunajitokeza kama changamoto muhimu. Mahitaji ya kimsingi ya binadamu ya maji, pamoja na ukweli mgumu wa anga – rasilimali chache na ujumbe wa gharama kubwa wa kuongezea – unahitaji maendeleo ya mifumo thabiti na inayojitosheleza. Zaidi ya kuishi tu, maji ni muhimu kwa kuzalisha oksijeni inayoweza kupumuliwa, kulima mimea inayoliwa kwa lishe, na kudumisha usafi wa msingi, mambo yote muhimu kwa kuwezesha uwepo wa muda mrefu wa binadamu katika mazingira ya nje ya dunia.

Mchango muhimu katika uwanja huu unatoka kwa utafiti wa hivi karibuni uliochapishwa katika *Water Resources Research*, ambao unachunguza juhudi zinazoendelea na mahitaji ya baadaye kwa mifumo endelevu ya maji ya anga. Mfumo wa Udhibiti wa Mazingira na Usaidizi wa Maisha (ECLSS) kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga (ISS) unashuhudia maendeleo yaliyofanywa. Kwa sasa, ECLSS inaonyesha uwezo wa kuvutia wa kurejesha takriban 93% ya maji yanayopotea na wanaanga kupitia mkojo, jasho, na kupumua, kupunguza sana utegemezi wa vifaa vya duniani.

Hata hivyo, waandishi wa utafiti huo, wakiongozwa na David Bamidele Olawade, mtafiti wa afya ya umma aliye na uhusiano na Chuo Kikuu cha East London, wanaangazia kuwa vikwazo vikubwa vinabaki. Matoleo ya baadaye ya mifumo ya maji ya anga lazima yawe na ufanisi zaidi wa nishati, ya kudumu sana, na yenye uwezo wa kutoa usambazaji wa maji safi kwa vipindi virefu bila nyongeza ya nje. Olawade alishirikiana katika uhakiki huu wa kina na James O. Ijiwade, mtafiti wa sayansi ya mazingira na nanoteknolojia kutoka Chuo Kikuu cha Ibadan, Nigeria, na Ojima Zechariah Wada, mtafiti wa baada ya udaktari aliyebobea katika usimamizi wa maji na bioteknolojia ya mazingira katika Chuo Kikuu cha Hamad Bin Khalifa, Qatar.

Wakati ECLSS ya ISS inatoa mpango msingi wa urejeshaji wa maji wa mzunguko uliofungwa, mapungufu yake huonekana wakati wa kuzingatia misioni zaidi ya obiti ya chini ya Dunia (LEO). ISS inafaidika kutokana na uwezo wa kuongeza tena kwa haraka, lakini kwa besi za mwezi au Mars, vizuizi vya vifaa na kiuchumi ni vikubwa. Makadirio rasmi yanaweka gharama ya kupeleka hata kilogramu moja ya maji kwenye obiti katika makumi ya maelfu ya dola, na nambari hii huongezeka kwa kasi kwa misioni za anga za mbali zaidi. Zaidi ya hayo, uwezo wa mzigo wa chombo cha angani hupunguza kiasi cha vifaa muhimu, ikiwa ni pamoja na maji, ambavyo vinaweza kusafirishwa.

Mifumo ya sasa, ikiwa ni pamoja na ECLSS ya juu, mara nyingi hutumia nishati nyingi mno kwa operesheni endelevu zaidi ya LEO na haikosi ufanisi unaohitajika kwa kujitosheleza kwa muda usiojulikana. Zaidi ya hayo, kitendo cha kuchimba rasilimali katika maeneo ya nje ya dunia kinatoa seti ya kipekee ya changamoto za kimazingira: microgravity, utupu wa anga, mabadiliko makali ya joto, vikwazo vikali vya uzito kwa vifaa, na mahitaji magumu ya mawasiliano na uchambuzi wa data. Katika maeneo ya mbali kama ncha ya kusini ya mwezi, yenye vipindi virefu vya giza, kutegemea nishati ya jua huleta matatizo, na kuhitaji maendeleo ya suluhisho mbadala za nishati.

Matengenezo ni jambo lingine muhimu. Mifumo ya kawaida ya kuchakata maji huathiriwa na kutu na uchakavu wa mitambo kwa muda. Katika misioni za muda mrefu, ambapo uwezo wa kufanya matengenezo ya kawaida umepunguzwa sana, uimara wa ndani na uaminifu wa mifumo huwa muhimu sana. Ili kushinda vikwazo hivi, Olawade na wenzake walichunguza maendeleo ya hali ya juu katika teknolojia za vichungi, mbinu mpya za kutibu, na mifumo changamano ya kiotomatiki. Walihitimisha kuwa ingawa mifumo iliyopo hutoa msingi wa thamani, miundo ya baadaye lazima ipe kipaumbele ufanisi wa nishati na ujenzi thabiti ili kustahimili ugumu wa anga na kupunguza mahitaji ya matengenezo.

Mada kuu katika uhakiki ni umuhimu muhimu wa Utumiaji wa Rasilimali Katika Eneo (ISRU) – mazoezi ya kupata na kutumia vifaa vinavyopatikana katika eneo husika. Hii ni nguzo ya Mpango wa Artemis wa NASA, unaolenga kuanzisha kambi ya mwezi katika Bonde la Aitken la Ncha ya Kusini, lenye rasilimali nyingi. Kituo cha Utafiti cha Kimataifa cha Mwezi (ILRS) cha China na maono ya Shirika la Anga la Ulaya la "Kijiji cha Mwezi cha Kimataifa" pia hutoa kipaumbele kwa ISRU. Ncha ya kusini ya mwezi inavutia sana kwa sababu ya uwepo wa barafu ya maji tele katika maeneo yenye kivuli cha kudumu (PSRs), inayotoa chanzo cha maji cha ndani.

Mazingatio sawa ya kimkakati yanaongoza upangaji wa uchunguzi wa Mars. Missioni za roboti kwa muda mrefu zimebainisha akiba za maji zinazowezekana, hasa katika latitudi za kati. Hata hivyo, uchimbaji na utakaso wa maji haya ya nje ya dunia huleta changamoto kubwa za kiufundi na vifaa. Vifaa maalum vitahitajika ili kufikia na kuchakata barafu ya maji iliyofichwa kwenye regolith ya Mars. Zaidi ya hayo, ubora wa maji ya chini ya ardhi kwenye Mars ni wasiwasi, na viwango vya juu vya perchlorates na misombo mingine ya kikaboni yenye madhara ambayo yanahitaji mbinu za juu za utakaso ili kuifanya iwe salama kwa matumizi ya binadamu na mifumo ya usaidizi wa maisha.

Kwa hivyo, maendeleo ya mifumo ya hali ya juu ya uchimbaji na utakaso imeunganishwa kwa lazima na hitaji la vyanzo vya nishati ambavyo vile vile vinaendelea, vinadumu, na vinafaa kwa mazingira. Kwa kweli, mifumo madhubuti ya maji ya anga lazima iwe na mzunguko uliofungwa, yenye ufanisi wa hali ya juu, na ya kudumu sana, huku ikipunguza matumizi ya nishati. Ili kukidhi mahitaji makubwa ya nishati ya uchimbaji na utakaso, watafiti walichunguza matumizi mbalimbali ya nishati ya jua na nishati ya jua-joto. Hizi zinaweza kuendesha michakato muhimu kama vile upampuaji wa maji, utakaso wa chumvi (kwa kutumia mbinu kama vile osmosis ya kurudi nyuma au electrodialysis) na mbinu za utakaso kama vile photocatalysis na filtration ya hali ya juu. Mifumo kama hiyo iliyosambazwa inafaa kwa makazi ya nje ya dunia ambapo mitambo ya nguvu kubwa haiwezekani.

Mifumo ya joto-jua, ambayo hubadilisha mionzi ya jua moja kwa moja kuwa joto, inaweza kutumika kwa michakato kama vile mvuke ya jua na utakaso wa chumvi. Suluhisho za mseto za photovoltaic-thermal (PV-T) hutoa ufanisi ulioimarishwa kwa kuzalisha umeme kwa pampu na vichungi huku pia ikizalisha joto kwa ajili ya matibabu ya maji. Hata hivyo, mapungufu ya asili ya nishati ya jua – vipindi virefu vya giza kwenye ncha za mwezi na kupungua kwa kiwango cha jua kwenye Mars (takriban 43% hadi 60% ya Dunia) – huhitaji suluhisho za ziada za nishati. Utafiti pia unazingatia uwezo wa vinu vidogo vya nyuklia vya modula, teknolojia inayochunguzwa kwa bidii na programu ya KRUSTY ya NASA (Kilopower Reactor Using Stirling Technology) kwa besi za baadaye za mwezi na Mars.

Zaidi ya hayo, watafiti wanatambua maendeleo ya hivi karibuni katika bioreactors, ambayo inaweza kuchukua jukumu katika usindikaji wa taka na kuchakata tena maji, na hivyo kuchangia zaidi katika mfumo wa mzunguko uliofungwa kweli.

Shirika la Habari la Ekhbary