Если история и учит нас чему-то, так это тому, что научная фантастика часто уступает дорогу научным фактам. Вспомните коммуникатор Star Trek и появление телефонов-раскладушек в конце 1990-х — начале 2000-х годов, или как в фильме «2001 год: Космическая одиссея» были предсказаны орбитальные космические станции и многоразовые космические самолёты, такие как Международная космическая станция (МКС) и «Спейс Шаттл». А кто может забыть классическую книгу Жюля Верна «С Земли на Луну» и её предвосхищение того, что однажды люди будут ходить по Луне? Почти столетие спустя эта мечта была реализована в рамках программы «Аполлон».
Последние новости поступили из Корнельского университета, где группа исследователей разработала новую систему сбора и фильтрации мочи в скафандре, вдохновлённую скафандрами, которые носили фримены в романе Фрэнка Герберта «Дюна». После интеграции в стандартный скафандр НАСА — Extravehicular Mobility Unit (EMU) — эта система способна обеспечить астронавтов дополнительным количеством воды и снизить риск возникновения медицинских проблем, связанных с гигиеной. Одним словом, технология скафандров может обеспечить более длительные миссии на поверхности Луны, Марса и орбитах.
Исследовательскую группу возглавили студенты-исследователи София Этлин, Лука Бельски и Джулианна Роуз, специалисты по космической медицине, орнитологии и растениеводству Корнельского университета. К ним присоединились многочисленные коллеги с факультета биологии и Высшей школы медицинских наук имени Вейля Корнелла при Корнельском университете. Статья с описанием их системы появилась 11 июля в журнале Frontiers in Space Technologies. Как отмечается в исследовании, астронавты проводят внекорабельную деятельность (ВКД) на борту МКС, используя те же скафандры, что и их предшественники из «Аполлона».
Эти скафандры включают в себя одноразовый подгузник Maximum Absorbency Garment (MAG), который собирает мочу и кал во время EVA, длящихся до 8 часов. Согласно отчёту Управления главного специалиста по здравоохранению и медицине (OCHMO), астронавты должны ежедневно совершать семь мочеиспусканий и два дефекации, но во время выходов в открытый космос эта частота варьируется. По данным 37 выходов в открытый космос, проведённых на борту МКС в период с 2021 по 2023 год, средняя продолжительность выхода в открытый космос составила 6 часов 26 минут, а самый продолжительный выход длился 8 часов 56 минут.
Длительный контакт с отходами приводит к проблемам с гигиеной, которые могут перерасти в инфекции мочевыводящих путей (ИМП) и желудочно-кишечные расстройства. Кроме того, нынешний EMU поставляется с мешком для питья в скафандре (IDB) объёмом 0,95 литра. Согласно рекомендациям НАСА, этот объём составляет примерно 25-35 % от того, что астронавту необходимо потреблять ежедневно — 3,7 литра для мужчин и 2,7 литра для женщин. Учитывая, что миссии на поверхность Луны и Марса, как ожидается, будут включать в себя длительные EVA, ни одна из этих систем не является достаточной для архитектуры миссии НАСА «Луна — Марс». Как сказала Этлин в интервью Universe Today по электронной почте, скафандры нового поколения, известные как Axiom Extravehicular Mobility Unit (AxEMU), были разработаны с учётом недавно обновлённых рекомендаций по гидратации во время внекорабельной деятельности (EVA) — примерно 240 мл (~8 унций) в час, что позволяет увеличить запас воды в скафандре до 2 литров (0,5 галлона). Но, как говорит Этлин, эти конструкции всё ещё не соответствуют требованиям гигиены. «В скафандрах нового поколения, которые в настоящее время выпускает компания Axiom Space, система очистки мочи осталась такой же, как и в оригинальных скафандрах 70-х годов», — сказала она.
Чтобы решить эту проблему, команда разработала новую систему сбора и фильтрации мочи в скафандре, которая решает обе проблемы. Она не только обеспечит астронавтов резервным запасом воды, который будет пополняться по мере выполнения длительных EVA. Она также решает проблему здоровья и гигиены, предотвращая контакт астронавтов со своей мочой. Как объяснила Этлин, источником вдохновения послужили костюмы Фремена, изображённые в романе Фрэнка Герберта «Дюна», который она прочитала в 2022 году, будучи студентом:
«В романе и киноадаптации стилсьют — это костюм на всё тело, который носят фремены, жители пустынной планеты Арракис. Он собирает всю воду, выделяемую их телом — в первую очередь пот и мочу, — и фильтрует её в питьевую воду, помогая им выжить на планете с дефицитом воды. По мере погружения в космос я познакомилась с доктором Крисом Мейсоном через его книгу «Следующие 500 лет» и решила отправить ему письмо, в котором изложила свою идею со стилсьютом. Через пару месяцев мы встретились, и его первой мыслью было: «Почему бы не сделать из этого скафандр для астронавтов?».
Однако вместо того, чтобы создавать полноценный скафандр для размещения новой системы, команда разработала модуль, предназначенный специально для сбора и фильтрации мочи, который может быть встроен в существующие скафандры. Со временем была собрана междисциплинарная команда, в которую вошли Мейсон, Бельски и Роуз, и из этого родилась технология скафандров. Как объяснила Этлин, новая система состоит из двух элементов: устройства для сбора мочи (UCD) и системы фильтрации мочи (UFS):
«Первая часть нашего проекта заменит подгузник, или MAG, который астронавты носят в настоящее время, на одежду, которая отсасывает мочу от тела, когда астронавт начинает мочиться. Ключевая функция этой одежды заключается в том, чтобы избежать чрезмерного воздействия мочи, которое вызывает некоторые из гигиенических проблем, описанных в статье. Далее моча проходит через двухступенчатую систему фильтрации, в которой используется прямой осмос в сочетании с обратным осмосом для получения чистой воды при минимальном потреблении энергии, что является ещё одной важной проблемой в скафандрах. Затем эта чистая вода поступает в питьевой мешок скафандра для употребления».
В одежде для сбора мочи (см. выше) предусмотрена часть, напоминающая подгузник, для фекалий, которую Этлин и её коллеги надеются использовать в будущем. Весь аппарат предполагается поместить в сумку весом около 8 кг и размерами 38 x 23 x 23 см. Этот чехол можно будет закрепить на спине AxEMU вместе с портативной системой жизнеобеспечения костюма (она же рюкзак), которая обеспечивает воздух, обогрев и охлаждение, еду и воду. Команда подчёркивает, что небольшое увеличение веса и объёма будет компенсировано повышенным комфортом и эффективностью использования ресурсов, обеспечиваемых системой.
Эта система и её преемники могут стать обычным элементом скафандров, которые будут носить астронавты Artemis во время исследования лунной поверхности. Способность оставаться здоровыми, увлажнёнными и комфортными в течение длительного времени обеспечит НАСА и его международным и коммерческим партнёрам возможность создать необходимую инфраструктуру для «устойчивой программы исследования и освоения Луны», сказала Этлин.
«Выходы в открытый космос станут более продолжительными, более частыми и более физически тяжёлыми, когда мы вернёмся на Луну и в последующие десятилетия, когда мы попытаемся установить там более постоянное присутствие. Рассмотрев существующие конструкции скафандров, мы считаем, что они могут оказаться недостаточными для поддержания здоровья астронавтов и их высокого уровня работоспособности при выполнении этих всё более сложных задач. Увеличение количества воды, доступной астронавтам, сделает их работу более продуктивной и снизит риск осложнений со здоровьем во время самого выхода в открытый космос, а компонент нашей системы, предназначенный для сбора мочи, позволит сохранить здоровье и моральный дух астронавтов в долгосрочной перспективе».
