Забезпечення астронавтів чистою водою було одним з найбільших викликів космічних місій. Транспортування води з Землі було дорогим і ризикованим, тому вчені працювали над технологіями видобутку та очищення водяного льоду, що застряг у реголіті - гірській породі, яка покриває поверхню Місяця. Європейський Союз профінансував проект LUWEX, спрямований на розробку технології видобутку та очищення місячної води для отримання палива та питної води. У проекті брали участь вчені з Вроцлавського політехнічного університету, які вивчали якість води, отриманої з імітованого місячного льоду. JUMO підтримала проект, надавши сучасні вимірювальні системи для моніторингу таких параметрів води, як провідність, рН та каламутність. З цього матеріалу ви дізнаєтесь, як ця співпраця сприяла прориву у видобутку та очищенні космічної води. Ви дізнаєтеся подробиці про інноваційні технологічні рішення, виклики проекту та перспективи, які відкрилися для майбутніх космічних досліджень. Читайте далі, щоб дізнатися, як компанія JUMO підтримала космічні експедиції, надавши інноваційні вимірювальні технології!
Уявіть, що ви астронавт, учасник місії на Місяць. Навколо вас - безмежний місячний ландшафт, всіяний кратерами та скелями. Хоча Землю видно, вона здається далеким, майже сюрреалістичним образом. У цьому суворому і непривітному середовищі вода стає безцінним благом. Тим більше, що з розвитком технологій і планів підкорення космосу стають все сміливішими і сміливішими - триваліші пілотовані місії, будівництво баз на Місяці і, можливо, навіть польоти на інші планети - потреба у воді стає все більшою.
Доступ до чистої води в космосі - це не лише питання виживання астронавтів. Це ключ до розвитку сталого дослідження космосу, що мінімізує вплив місій на Землю і відкриває нові можливості. Транспортування води з Землі для космічних місій є надзвичайно дорогим і ризикованим. Кожен кілограм вантажу, доставлений на орбіту, тягне за собою витрати і ризик невдачі під час запуску або транспортування. Крім того, освоєння космосу не повинно відбуватися за рахунок Землі - ми повинні прагнути до сталого підходу, який мінімізує наш вплив на планету. Крім того, зменшення кількості води, що транспортується, звільнило б цінний простір у ракетах, дозволило б брати з собою додаткове дослідницьке обладнання, що розширило б наукові та дослідницькі можливості будь-якої місії. Отже, було проведено пошук альтернативних джерел води в космосі, під час якого з'ясувалося, що під поверхнею місячної породи - реголіту - є лід. Видобування води з них на місці дозволило б здешевити космічні місії, зменшити споживання земних ресурсів і скоротити кількість вантажів, що вивозяться за межі планети.
Щоб втілити цю концепцію в життя, Європейська Комісія профінансувала новаторський проект LUWEX (Validation of Lunar Water Extraction and Purification Technologies for In-Situ Propellant and Consumables Production - Перевірка технологій видобутку та очищення місячної води для виробництва палива і витратних матеріалів на місці). Його основною метою була розробка технологій видобутку, очищення та зберігання води з місячного реголіту. У ньому брали участь дослідницькі групи з Німеччини (Німецький аерокосмічний центр - координатор проекту, Технічний університет Брауншвейга), Польщі (Вроцлавський політехнічний університет, Scanway Sp. z o.o.), Італії (Thales Alenia Space Italia) та Австрії (LIQUIFER Systems Group). Завдяки міжнародній співпраці проект LUWEX значно прискорив розвиток технологій, необхідних для сталого дослідження Місяця, і проклав шлях для майбутніх космічних місій, заснованих на використанні місцевих ресурсів.
Видобування та очищення води на Місяці було пов'язане з низкою проблем. По-перше, вода там зустрічається лише у вигляді льоду, що вимагало розробки спеціальних методів видобутку. По-друге, реголіт містить домішки, які необхідно було видалити, щоб зробити воду придатною для пиття. При цьому процес очищення мав бути енергоефективним і надійним, щоб впоратися з суворими місячними умовами. Додатковим викликом стала логістика - транспортування обладнання на Місяць і забезпечення його роботи в умовах екстремальних температур і вакууму. Це вимагало тісної співпраці між міжнародними науковими та промисловими командами.
Місячний реголіт - ключовий компонент проекту LUWEX, з якого видобувається вода.
Хоча реалізація деяких завдань, передбачених проектом, відбувалася в наземній лабораторії Вроцлавської політехніки, вимоги до якості отриманої води були такими ж суворими, як і під час реальних космічних місій. Тому моніторинг якості води був ключовою частиною процесу, який визначав, чи буде технологія працювати на Місяці.
Під час випробувань контролювалися три особливо важливі параметри: електропровідність, рН та каламутність. Ці параметри були обрані тому, що вони надавали інформацію про хімічний та фізичний стан води у швидкий, надійний та всебічний спосіб, водночас дозволяючи негайно визначити джерело будь-яких технічних проблем, що виникають на водозабірній та очисній станціях. Провідність води свідчила про ступінь її мінералізації, тобто про кількість розчинених солей та іонів. Дуже низька провідність була необхідна, особливо, якщо вода підлягала електролізу, оскільки вона забезпечувала ефективне розкладання на водень і кисень та захищала електроди від забруднення.
PH, тобто рівень кислотності або лужності води, мав бути якомога ближчим до нейтрального (близько 7). Таке значення PH гарантувало, що вода безпечна для пиття і що процес очищення пройшов правильно, без потрапляння небажаних хімічних речовин.
Каламутність, у свою чергу, показувала вміст твердих частинок і суспензій. Низька каламутність свідчила про те, що механічні фільтри працюють належним чином, вода прозора і не містить фізичних домішок, що безпосередньо впливало на її безпеку і комфорт для пиття. Завдяки безперервному моніторингу цього параметру вдалося швидко виявити можливі механічні несправності - наприклад, потрапляння частинок реголіту або пошкодження ущільнювачів.
Безперервний моніторинг цих параметрів дозволив вченим постійно оцінювати ефективність різних етапів процесу очищення та швидко реагувати на будь-які технічні проблеми. Це дозволило отримати воду найвищої якості - готову до використання в майбутніх космічних місіях.
У проекті LUWEX вибір відповідних вимірювальних приладів мав велике значення для успіху всього проекту. Дослідницька група з Вроцлавської політехніки ретельно проаналізувала доступні на ринку рішення, керуючись кількома важливими критеріями. Перш за все, датчики повинні були забезпечувати високу точність і стабільність вимірювань. Також важливими були довговічність і надійність пристроїв, які повинні були працювати без перебоїв протягом тривалого часу в складних умовах експлуатації. Команда також підкреслила досвід виробника в промисловому застосуванні, що збільшувало шанси на те, що пристрої зможуть працювати в умовах, подібних до реальних космічних місій. Важливою була також можливість безперешкодної інтеграції з центральною системою управління та збору даних - щоб вимірювання були доступні в режимі реального часу і могли бути негайно проаналізовані. Відповідаючи цим вимогам, вимірювальне обладнання ефективно підтримувало реалізацію всього технологічного процесу.
При виборі елементів пріоритет віддавався якості - точності, стабільності вимірювань і довговічності цих приладів.
Для моніторингу якості води в рамках проекту LUWEX дослідники з Вроцлавської політехніки обрали вимірювальні прилади JUMO. Два ідентичних комплектів датчиків - один розміщувався перед початком процесу очищення (відразу після конденсації водяної пари на охолоджуваному елементі, так званому «холодному пальці»), а інший - після завершального етапу очищення, тобто після іонообмінних колон. Кожна установка складалася з трьох типів датчиків:
Обидва набори датчиків були підключені до багатоканального контролера для аналізу рідин JUMO AQUIS touch P, що дозволило збирати, інтегрувати та безперервно аналізувати дані в одному місці. Перевага цього пристрою полягала в тому, що він був повністю інтегрований з центральним керуючим комп'ютером, який збирав дані з усіх підсистем установки. Це дозволило дослідникам спостерігати за змінами параметрів води в режимі реального часу і приймати негайні рішення, як тільки виникали будь-які відхилення.
Ми хотіли, щоб управління процесом, збір та аналіз даних здійснювалися однією центральною системою [...]. Для цього ідеально підійшов модульний багатоканальний аналізатор JUMO, який дозволяє передавати дані як в цифровому, так і в аналоговому форматі. Це було дуже зручно, особливо для інженерів з німецької сторони, які мали прямий доступ до всіх необхідних даних.
Зліва направо: зонди провідності JUMO BlackLine CR-EC (202922), цифрові оптичні зонди каламутності JUMO ecoline NTU (202670), скляні pH електроди JUMO tecLine (201020)
Мене звуть Евеліна Шміт, і я вже кілька років займаюся контент-маркетингом, поєднуючи свої професійні навички з пристрастю до написання текстів. Я переконана, що навіть найбільш технічні теми можна подати цікаво та доступно для всіх. Поза роботою я реалізую свій творчий потенціал, створюючи колажі з газетних вирізок. Вільний час люблю проводити активно, вигулюючи собаку або займаючись бігом.
Ми закликаємо вас залишати коментарі через форму нижче. Вони будуть опубліковані онлайн після затвердження в межах нашого процесу перевірки.
