Geen Science Fiction Meer: Wetenschappers Ontwikkelen Echt “Stillsuit” Vanuit Dune

Zijaanzicht van het hele systeem, gedragen als een rugzak. Credit: Karen Morales

Het nieuwe ruimtepak urinefiltratiesysteem van onderzoekers van Cornell recycleert astronautenurine tot drinkbaar water, met als doel het verbeteren van het comfort en de efficiëntie bij toekomstige missies naar de Maan en Mars.

Op dit moment moeten astronauten zichzelf ontlasten binnen hun ruimtepakken tijdens ruimtewandelingen. Dit is niet alleen oncomfortabel en onhygiënisch, maar ook verspillend. In tegenstelling tot het afvalwaterbeheersysteem op het Internationaal Ruimtestation (ISS), wordt het water uit urine tijdens ruimtewandelingen niet gerecycled.

Onderzoekers aan Cornell willen dit probleem aanpakken met een nieuw urine-verzamel- en filtratiesysteem, geïnspireerd door de 'stillsuits' uit de sciencefictionreeks Dune. Net als deze 'stillsuits', absorbeert en zuivert hun prototype urine, en recyclet het tot drinkwater.

Sofia Etlin, een onderzoeksmedewerker bij Weill Cornell Medicine en Cornell University en de eerste auteur van de studie, legde uit: "Het ontwerp omvat een op vacuüm gebaseerde externe katheter die leidt naar een gecombineerde voor-achterwaartse osmose-eenheid, die een continue voorziening van drinkwater levert met meerdere veiligheidsmechanismen om het welzijn van de astronaut te garanderen."

Dit nieuwe ontwerp werd onlangs gepubliceerd in Frontiers in Space Technologies.

Urine-opvangbekers voor het Maximaal Absorptievermogen Kledingstuk voor mannen. Credit: Luca Bielski

In 2025 en 2026 plant NASA de Artemis II en III missies, waarbij een bemanning respectievelijk om de Maan zal cirkelen en zal landen op de zuidpool, Deze missies zullen naar verwachting worden gevolgd door bemande missies naar Mars tegen het begin van de jaren 2030. Echter, astronauten hebben al lang geklaagd over een gebrek aan comfort en hygiëne van het bestaande Maximaal Absorptievermogen Kledingstuk (MAG) - het afvalbeheersysteem van traditionele NASA-ruimtepakken - dat in gebruik is sinds eind jaren zeventig - dat functioneert als een meerlagige volwassen luier gemaakt van superabsorberend polymeer.

Achterzicht van het hele systeem, gedragen als een rugzak. Credit: Karen Morales

"Het MAG heeft naar verluidt gelekt en gezondheidsproblemen veroorzaakt zoals urineweginfecties en maagdarmklachten. Bovendien hebben astronauten momenteel slechts één liter water beschikbaar in hun drinkzakken in het pak. Dit is onvoldoende voor de geplande, langdurige maanwandelingen, die tot tien uur kunnen duren, en zelfs tot 24 uur in een noodgeval," aldus Etlin.

Astronauten hebben ook gevraagd dat de tijd die nodig is om de drinkzakken in het pak te vullen en te ontgassen wordt verminderd in toekomstige ruimtepakken en dat een aparte voorraad niet-cafeïnehoudende energiedranken wordt toegevoegd.

Prototypen van urine-opvangkledingstuk. Credit: Claire Walter

Met al deze doelstellingen in gedachten hebben Etlin en collega's nu een urine-opvangapparaat ontworpen, inclusief een onderkleding gemaakt van meerdere lagen flexibele stof. Dit verbindt zich met een opvangbeker (met een andere vorm en maat voor vrouwen en mannen) van gevormd siliconen, om rond de genitaliën te passen.

De binnenzijde van de opvangbeker is bekleed met polyester microvezel of een nylon-spandex mix, om urine weg van het lichaam te trekken en naar de binnenzijde van de beker te leiden, van waaruit het wordt opgezogen door een vacuümpomp. Een RFID-tag, gekoppeld aan een absorberend hydrogel, reageert op vocht door de pomp te activeren.

Eenmaal verzameld, wordt de urine naar het urinefiltratiesysteem geleid, waar het wordt gerecycled met een efficiëntie van 87% via een tweestaps, geïntegreerd voorwaarts en achterwaarts omgekeerd osmosefiltratiesysteem. Hierbij wordt een concentratiegradiënt gebruikt om water uit urine te verwijderen, plus een pomp om water van zout te scheiden. Het gezuiverde water wordt vervolgens verrijkt met elektrolyten en in de drinkzak in het pak gepompt, opnieuw beschikbaar voor consumptie. Het verzamelen en zuiveren van 500 ml urine duurt slechts vijf minuten.

Het systeem, met geïntegreerde regelpompen, sensoren en een vloeibare kristalscherm, wordt aangedreven door een 20,5V-batterij met een capaciteit van 40 ampère-uren. De totale grootte is 38 bij 23 bij 23 cm, met een gewicht van ongeveer acht kilogram: voldoende compact en licht om op de rug van een ruimtepak te dragen.

Nu het prototype beschikbaar is, kan het nieuwe ontwerp onder gesimuleerde omstandigheden worden getest, en vervolgens tijdens echte ruimtewandelingen.

“Ons systeem kan worden getest onder gesimuleerde microzwaartekrachtomstandigheden, aangezien microzwaartekracht de belangrijkste ruimtefactor is waar we rekening mee moeten houden. Deze tests zullen de functionaliteit en veiligheid van het systeem waarborgen voordat het wordt ingezet bij daadwerkelijke ruimtemissies," concludeerde Dr. Christopher E Mason, een professor aan hetzelfde instituut als Etlin en de hoofdauteur van de studie.