Микроэкологических Life Support System Alternative (Melissa) является Европейское космическое агентство инициатива (ESA) с целью разработки технологии для будущей регенеративной системы жизнеобеспечения для долгосрочных человек космических полетов. Созданный в 1989 году, дизайн вдохновлен земной экосистемой. Сегодня MELiSSA - это консорциум, состоящий из 30 организаций по всей Европе.
Концепция жизнеобеспечения
Космические миссии с участием людей требуют необходимых ресурсов для поддержания жизни. Требуется примерно 5 кг / день на человека для метаболических расходных материалов (кислород, пища и питьевая вода) и 20 кг / день на человека для гигиенической воды. Чем дольше и длиннее миссии, тем сложнее и дороже становится обеспечение ресурсов. Цель MELiSSA - создать в идеале искусственно закрытую экосистему для автономной переработки отходов в кислород, воду и пищу, используя только энергию для управления процессом.
Петля MELiSSA
Петля состоит из 4-х отсеков, в центре которых находятся члены экипажа. Отделения бывают:
- Отделение сжижения (отсек 1):
Этот отсек является местом сбора всех отходов миссии (т. Е. Мочевины, кухонных отходов и т. Д.), А также несъедобных частей отсека более высоких растений (т. Е. Соломы и корней). Цель отделения - анаэробно преобразовать эти отходы в аммоний , H 2 , CO 2 , летучие жирные кислоты и минералы. По соображениям биобезопасности и для оптимальной эффективности разложения камера работает в термофильных условиях (55 ℃). Процесс разложения в этом компартменте осуществляется путем протеолиза , сахаролиза и целлюлолиза .
- Фотогетеротрофный отсек (отсек 2):
Этот отсек отвечает за удаление конечных продуктов отсека для сжижения; в основном летучие жирные кислоты .
- Отсек нитрификации (отсек 3):
Основная функция нитрифицирующих отделений заключается в превращении NH 4 +, образующегося из отходов, в нитраты, которые являются наиболее благоприятным источником азота для высших растений, а также для Arthrospira platensis . Отделение состоит из смеси Nitrosomonas и Nitrobacter, которые окисляют NH 4 + до NO 2 - и NO 2 - до NO 3 - соответственно. Поскольку этот отсек представляет собой реактор с неподвижным слоем, важность гидродинамических факторов несколько более важна, а также более сложна.
- Фотоавтофический отсек (отсек 4):
Четвертый отсек разделен на две части: отсек водорослей, заселенных цианобактериями : отсек Arthrospira platensis и отсек высших растений (HP). Эти отсеки необходимы для регенерации кислорода и производства продуктов питания.
Принцип работы искусственной экосистемы
Замкнутую экосистему можно рассматривать как баланс масс между основными элементами, такими как углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор (CHONSP), которые сами по себе составляют 95% массы, подлежащей переработке. Преобразование элементов отходов в ресурсы, которые могут быть использованы членами экипажа, может быть достигнуто двумя способами: физиохимически или биологически. Физиохимические процессы, такие как реакция Сабатье , приведут к высокой эффективности, однако требуется большое количество энергии с точки зрения температуры и давления. В то время как биологически эффективность фотосинтеза ниже, тем не менее, можно использовать температуру и давление окружающей среды. Фотосинтез - это процесс, при котором растения превращают световую энергию в химическую энергию сахаров и других органических соединений. В химических реакциях используются углерод и вода с побочным продуктом кислорода, выбрасываемым в атмосферу. MELiSSA частично основана на этих фотосинтетических реакциях: переработке углекислого газа в кислород. Высшие растения (пшеница, рис, ингредиенты салатов) будут использоваться для производства пищи для членов экипажа. Фотосинтезирующие микроорганизмы также будут использоваться для преобразования углекислого газа в кислород с возможностью использования выбранного микроорганизма как части приема пищи в качестве важного белкового ресурса.
Отличительные особенности искусственной экосистемы
В отличие от естественной экосистемы, которая регулируется взаимодействием множества различных видов; Искусственно замкнутая экосистема имеет уменьшенное количество ступеней, ее размер и управляемость позволяют достичь желаемых целей. Это сродни производственным процессам, превращающим сырье в полезные вещества. Тем не менее, одним из ключевых отличий является поставленная цель по переработке почти 100% отходов (ограничение исходного сырья), по существу, при использовании MELiSSA в замкнутом цикле. Достижение почти 100% по основным элементам, конечно же, теоретическое. По сравнению с естественными экосистемами, даже Земля не является действительно закрытой системой: каждый год тысячи тонн метеорного вещества падают на Землю из космоса, а тысячи тонн водорода и гелия покидают атмосферу Земли. Кроме того, искусственная экосистема по своей сути динамична, MELiSSA должна очень быстро реагировать на изменения в поведении человека. Это требует динамической системы управления, которая разрабатывается для каждого этапа процесса и системы в целом.
Пилотный проект
Текущий опытный завод MELiSSA расположен в Автономном университете Барселоны и был открыт в 2009 году. Это место, где результаты, полученные международной командой MELiSSA, объединяются и проверяются. Конечная цель эксплуатации экспериментальной установки - продемонстрировать, оценить и улучшить осуществимость концепции петли MELiSSA в наземных условиях, чтобы направить будущие разработки в направлении регенеративной системы жизнеобеспечения для космических приложений.