Kein Science-Fiction mehr: Wissenschaftler entwickeln echten "Stillsuit" aus Dune

Seitenansicht des Gesamtsystems, das als Rucksack getragen wird. Quelle: Karen Morales

Das neue Raumanzug-Urinfiltersystem von Forschern der Cornell University recycelt den Urin der Astronauten zu trinkbarem Wasser, mit dem Ziel, den Komfort und die Effizienz bei zukünftigen Mond- und Marsmissionen zu verbessern.

Derzeit müssen Astronauten während Außenbordeinsätzen in ihren Raumanzügen ihre Notdurft verrichten. Dies ist nicht nur unangenehm und unhygienisch, sondern auch verschwenderisch. Im Gegensatz zum Abwassermanagementsystem auf der Internationalen Raumstation (ISS) wird das Wasser aus Urin während Weltraumspaziergängen nicht recycelt.

Forscher an der Cornell University gehen dieses Problem mit einem neuartigen Urinsammlungs- und -filtersystem an, das von den „Stillsuits“ aus der Sci-Fi-Serie Dune inspiriert ist. Wie diese „Stillsuits“ absorbiert und reinigt ihr Prototyp Urin und recycelt ihn zu Trinkwasser.

Sofia Etlin, Mitglied des Forschungspersonals an der Weill Cornell Medicine und der Cornell University und Erstautorin der Studie, erklärte: „Das Design umfasst einen Vakuum-basierten externen Katheter, der zu einer Kombination aus Vorwärts- und Rückwärtsosmoseeinheit führt und eine kontinuierliche Versorgung mit Trinkwasser mit mehreren Sicherheitsmechanismen zur Gewährleistung des Wohlergehens der Astronauten bietet.“

Dieses neue Design wurde kürzlich in Frontiers in Space Technologies veröffentlicht.

Urinsammelbecher für die Maximum-Absorbency-Garment für Männer. Quelle: Luca Bielski

Für die Missionen Artemis II und III, die die NASA für 2025 und 2026 plant, soll eine Besatzung den Mond umkreisen und am Südpol landen. Diese Missionen sollen von bemannten Missionen zum Mars bis Anfang der 2030er Jahre gefolgt werden. Die Astronauten haben jedoch schon lange über mangelnden Komfort und Hygiene des vorhandenen Maximum-Absorbency-Garmets (MAG) geklagt - dem Abfallmanagementsystem der traditionellen NASA-Raumanzüge -, das seit Ende der 1970er Jahre verwendet wird und wie eine mehrlagige Erwachsenenwindel aus Superabsorberpolymer funktioniert.

„Das MAG ist angeblich undicht und hat gesundheitliche Probleme wie Harnwegsinfektionen und Magen-Darm-Beschwerden verursacht. Außerdem haben die Astronauten derzeit nur einen Liter Wasser in ihren Trinkbeuteln im Anzug zur Verfügung. Dies reicht nicht für die geplanten längeren Mondspaziergänge, die bis zu zehn Stunden dauern können und im Notfall sogar bis zu 24 Stunden“, sagte Etlin.

Astronauten haben auch darum gebeten, dass die Zeit, die für das Füllen und Entgasen der Trinkbeutel im Anzug benötigt wird, bei zukünftigen Raumanzügen verkürzt wird und dass ein separater Vorrat an nicht koffeinhaltigen Energy-Drinks hinzugefügt wird.

Prototyp für ein Urinsammlungskleidungsstück. Quelle: Claire Walter

Mit all diesen Zielen im Kopf haben Etlin und Kollegen nun ein Urinsammlungssystem entworfen, einschließlich eines Unterwäschestücks aus mehreren Schichten flexiblen Gewebes. Dieses ist verbunden mit einem Sammelbecher (mit unterschiedlicher Form und Größe für Frauen und Männer) aus geformtem Silikon, der um die Genitalregion passt.

Die innere Oberfläche des Sammelbechers ist mit Polyester-Mikrofaser oder einer Nylon-Spandex-Mischung ausgekleidet, um Urin vom Körper weg und zur inneren Oberfläche des Bechers zu leiten, von wo er von einer Vakuumpumpe angesaugt wird. Ein RFID-Tag, der mit einem absorbierenden Hydrogel verbunden ist, reagiert auf Feuchtigkeit, indem er die Pumpe aktiviert.

Der gesammelte Urin wird dann in das Urinfiltersystem geleitet, wo er mit einer Effizienz von 87% durch ein integriertes Vorwärts- und Rückwärtsosmose-Filtersystem recycelt wird. Dieses nutzt einen Konzentrationsgradienten, um Wasser aus dem Urin zu entfernen, und eine Pumpe, um Wasser von Salz zu trennen. Das gereinigte Wasser wird dann mit Elektrolyten angereichert und in den Trinkbeutel im Anzug gepumpt, um erneut getrunken zu werden. Das Sammeln und Reinigen von 500 ml Urin dauert nur fünf Minuten.

Das System, das Steuerungspumpen, Sensoren und einen Flüssigkristallbildschirm integriert, wird von einem 20,5V-Akku mit einer Kapazität von 40 Amperestunden betrieben. Seine Gesamtgröße beträgt 38 mal 23 mal 23 cm, mit einem Gewicht von ungefähr acht Kilogramm: ausreichend kompakt und leicht, um auf dem Rücken eines Raumanzugs getragen zu werden.

Nun, da der Prototyp verfügbar ist, kann das neue Design unter simulierten Bedingungen getestet und anschließend während echter Weltraumspaziergänge eingesetzt werden.

„Unser System kann in simulierten Schwerelosigkeitsbedingungen getestet werden, da die Schwerelosigkeit der Hauptfaktor ist, den wir berücksichtigen müssen. Diese Tests werden die Funktionalität und Sicherheit des Systems gewährleisten, bevor es bei tatsächlichen Weltraummissionen eingesetzt wird“, schloss Dr. Christopher E Mason, Professor am gleichen Institut wie Etlin und Hauptautor der Studie.