Χρήση των φυκιών ως εναλλακτικής πηγής συστημάτων περιβαλλοντικού ελέγχου και υποστήριξης της ζωής στην εξερεύνηση του διαστήματος
Η ανθρώπινη διαστημική πτήση μπορεί να θεωρηθεί σαν ένα εκτεταμένο ταξίδι κάμπινγκ σε βαθιά δάση. Απαιτεί να έχετε μαζί σας τα απαραίτητα (τροφή, στέγη, κ.λπ.) και να πακετάρετε όλα τα απορρίμματα. Ανάλογα με τη διάρκεια του ταξιδιού κάμπινγκ, μερικές φορές δεν μπορούν να ληφθούν όλες οι απαραίτητες προμήθειες λόγω περιορισμών βάρους και όγκου — σκεφτείτε το νερό και πώς θα μπορούσε να συσκευαστεί ένα σύστημα φιλτραρίσματος αντί για μπουκάλια νερού δύο εβδομάδων.
Η πρωτοβουλία της NASA από τη Σελήνη στον Άρη θα περιλαμβάνει αποστολές που θα ταξιδεύουν μακρύτερα από τη Γη από ποτέ και θα πρέπει να βασίζονται σε τεχνολογίες ανεξάρτητες από τη Γη, καθώς το Amazon Prime δεν μπορεί να στείλει νέο εξοπλισμό ή επιπλέον τρόφιμα για δύο ημέρες. Τα συστήματα περιβαλλοντικού ελέγχου και υποστήριξης της ζωής (ECLSS) που βρίσκονται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) που καλύπτουν όλες τις ανθρώπινες μεταβολικές ανάγκες είναι τα τρέχοντα πρότυπα για αποστολές διαστημικών πτήσεων μεγάλης διάρκειας. Τρία διαφορετικά κύρια κομμάτια εξοπλισμού χρησιμοποιούνται για την παροχή αναπνεύσιμου αέρα στους αστροναύτες με τον καθαρισμό του CO2 και παρέχοντας O2 . Ενώ η NASA έκρινε ότι αυτό είναι εντάξει για τις αποστολές Lower Earth Orbit (LEO), ενδιαφέρεται για άλλους τρόπους υποστήριξης των ανθρώπων στο διάστημα για περαιτέρω αποστολές.
Πρόσφατα, η NASA ενδιαφέρθηκε ξανά να χρησιμοποιήσει τα φύκια ως μια πολυλειτουργική προσέγγιση στο ECLSS. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα φυκιών που υποστηρίζουν την επίγεια ζωή, συμπεριλαμβανομένης της παροχής της πλειοψηφίας του οξυγόνου που αναπνέουμε σήμερα ενώ καταναλώνουμε CO2 βρέθηκαν στην ατμόσφαιρα. Μια καλλιέργεια φυκών έχει επίσης τη δυνατότητα να παρέχει συμπληρώματα διατροφής μέσω της παραγωγής βιομάζας, να μετατρέπει τα ανθρώπινα απόβλητα σε καθαρό γκρίζο νερό και το νερό στο οποίο αναπτύσσονται τα φύκια θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο του θερμικού περιβάλλοντος της καμπίνας και την παροχή θωράκισης από την ακτινοβολία.
Μερικά από τα οφέλη της χρήσης φυκιών στο διάστημα προέρχονται από την ικανότητά τους να προσαρμόζονται στο περιβάλλον τους. Για παράδειγμα, καθώς αυξάνετε την ποσότητα CO2 Με την προϋπόθεση σε μια καλλιέργεια, τα φύκια θα αυξήσουν παθητικά την παραγωγή οξυγόνου. Εάν ασκείστε πολύ, θα παράγετε περισσότερο CO2 καθώς αναπνέετε περισσότερο, αλλά τότε θα καταναλώνετε και επιπλέον οξυγόνο. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα εξοικονόμησης μάζας, ισχύος και όγκου που διατίθενται για συστήματα ECLSS. Εάν ένας όγκος φυκιών είναι σε θέση να αντιμετωπίσει έξι διαφορετικές ανθρώπινες μεταβολικές λειτουργίες, τότε δεν απαιτούνται τόσα συστήματα για αποστολή.
Το διδακτορικό μου. Η εργασία επικεντρώνεται στη χρήση φυκιών για ταυτόχρονη αναζωογόνηση του αέρα και θερμικό έλεγχο. Επί του παρόντος, οι θερμικοί έλεγχοι στο ISS χρησιμοποιούν μια σειρά από βρόχους κρύου νερού, ή πηνία, ενσωματωμένες στα τοιχώματα της καμπίνας. Καθώς το νερό ρέει γύρω από τον βρόχο, παίρνει θερμότητα και θερμαίνεται. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, το πλέον ζεστό νερό ρέει πέρα από μια πλάκα που έρχεται σε επαφή με το κρύο για να εκπέμπει τη θερμότητα στο διάστημα, επιτρέποντας στο πρόσφατα ψυχρό νερό να επιστρέψει στους βρόχους της καμπίνας. Δεδομένου ότι έχει ήδη διατεθεί χώρος για αυτούς τους βρόχους νερού, ήταν ιδέα μου να «γεμίσω» αυτούς τους βρόχους με φύκια, ώστε να μπορούν επίσης να παρέχουν αναζωογόνηση του αέρα μέσω της φωτοσύνθεσης.
Ωστόσο, ένα σημαντικό άγνωστο είναι η απόκριση των φυκιών σε κάπως ευρείες και γρήγορες θερμικές εναλλαγές. Αυτές οι αλλαγές στη θερμοκρασία μπορεί να είναι πολύ αγχωτικές για τις καλλιέργειες των φυκιών και, όπως το να κάθεσαι σε μια τάξη σούπερ A/C'd ενώ δίνεις εξετάσεις, αυτό το άγχος μπορεί να μειώσει το CO2 /O2 ανταλλακτική αποτελεσματικότητα του πολιτισμού. Αυτήν τη στιγμή μετράω τις συναλλαγματικές ισοτιμίες των φυκιών όταν κυκλώνονται θερμικά σαν να βρίσκονταν σε βρόχο ψύξης ISS. Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό του πόσα φύκια θα χρειάζονταν εάν ένας μηχανικός ήθελε να χρησιμοποιήσει μία καλλιέργεια για να παράσχει ταυτόχρονη αναζωογόνηση του αέρα και θερμικό έλεγχο. Η χρήση ενός πολυλειτουργικού συστήματος όπως αυτό που προτείνεται θα μπορούσε να εξοικονομήσει μάζα, ισχύ και όγκο εκκίνησης του συστήματος, επιτρέποντας τη χρήση αυτών των πόρων για περισσότερα ωφέλιμα φορτία επιστήμης ή άλλα απαραίτητα στοιχεία αποστολής.
