Inte längre science fiction: Forskare utvecklar verklig "Stillsuit" från Dune

Sidovy av hela systemet, bärs som ryggsäck. Kredit: Karen Morales

Det nya urinfiltreringssystemet för rymddräkter av Cornell-forskare återvinner astronauternas urin till drickbart vatten, i syfte att förbättra komforten och effektiviteten vid framtida Moon- och Mars-uppdrag.

För närvarande måste astronauter avlasta sig i sina rymddräkter under rymdpromenader. Detta är inte bara obekvämt och ohygieniskt, utan också slösaktigt. Till skillnad från avloppsvattenhanteringssystemet på den internationella rymdstationen (ISS), återvinns inte vattnet från urinen under rymdpromenader.

Forskare vid Cornell tar upp detta problem med ett nytt urininsamlings- och filtreringssystem inspirerat av "stilldräkterna" från sci-fi-serien Dune. Liksom dessa "stilldräkter" absorberar och renar deras prototyp urin och återvinner den till dricksvatten.

Sofia Etlin, en forskaranställd vid Weill Cornell Medicine och Cornell University och den första författaren till studien, förklarade, "Designen inkluderar en vakuumbaserad extern kateter som leder till en kombinerad framåt-omvänd osmosenhet, som ger en kontinuerlig tillförsel av dricksvatten med flera säkerhetsmekanismer för att säkerställa astronauternas välbefinnande."

Denna nya design publicerades nyligen i Frontiers in Space Technologies.

Urinsamlingskoppar för Maximum Absorbency Garment för män. Kredit: Luca Bielski

Under 2025 och 2026 planerar NASA för Artemis II- och III-uppdragen, där en besättning kommer att kretsa runt månen respektive landa på dess sydpol. Dessa uppdrag förväntas följas av besättningsuppdrag till Mars i början av 2030-talet. Emellertid har astronauter länge klagat över bristen på komfort och hygien för det befintliga plagget med maximal absorbans (MAG) - avfallshanteringssystemet för traditionella NASA-rymddräkter - som används sedan slutet av 1970-talet - som fungerar som en vuxenblöja i flera lager gjord av superabsorberande polymer.

Bakifrån av hela systemet, bärs som ryggsäck. Kredit: Karen Morales

"MAG har enligt uppgift läckt och orsakat hälsoproblem som urinvägsinfektioner och gastrointestinala nöd. Dessutom har astronauter för närvarande bara en liter vatten tillgängligt i sina dryckespåsar i kostymen. Detta är otillräckligt för de planerade, mer långvariga månens rymdpromenader , som kan pågå i tio timmar, och till och med upp till 24 timmar i en nödsituation, säger Etlin.

Astronauter har också begärt att tiden som behövs för att fylla och avgasa dryckespåsarna i kostymen ska minskas i framtida rymddräkter och att ett separat utbud av icke-koffeinhaltiga högenergidrycker ska läggas till.

Urinsamlingsplagg prototyp. Kredit: Claire Walter

Med alla dessa mål i åtanke har Etlin och kollegor nu designat en urinuppsamlingsanordning, inklusive ett underplagg gjord av flera lager av flexibelt tyg. Denna ansluts till en samlingskopp (med en annan form och storlek för kvinnor och män) av formgjuten silikon, för att passa runt könsorganen.

Uppsamlingskoppens insida är fodrad med polyestermikrofiber eller en nylon-spandexblandning, för att dra urin bort från kroppen och mot innerkoppens insida, varifrån den sugs av en vakuumpump. En RFID-tagg, kopplad till en absorberande hydrogel, reagerar på fukt genom att aktivera pumpen.

När den väl har samlats in avleds urinen till urinfiltreringssystemet, där den återvinns med en effektivitet på 87 % genom ett tvåstegs, integrerat framåt- och omvänd osmosfiltreringssystem. Detta använder en koncentrationsgradient för att avlägsna vatten från urin, plus en pump för att separera vatten från salt. Det renade vattnet berikas sedan med elektrolyter och pumpas in i dryckespåsen i kostymen, återigen tillgänglig för konsumtion. Att samla upp och rena 500 ml urin tar bara fem minuter.

Systemet, som integrerar styrpumpar, sensorer och en skärm med flytande kristaller, drivs av ett 20,5V batteri med en kapacitet på 40 amperetimmar. Dess totala storlek är 38 gånger 23 gånger 23 cm, med en vikt på cirka åtta kilo: tillräckligt kompakt och lätt för att bäras på baksidan av en rymddräkt.

Nu när prototypen är tillgänglig kan den nya designen testas under simulerade förhållanden, och därefter under riktiga rymdpromenader.

"Vårt system kan testas under simulerade mikrogravitationsförhållanden, eftersom mikrogravitation är den primära rymdfaktorn vi måste ta hänsyn till. Dessa tester kommer att säkerställa systemets funktionalitet och säkerhet innan det sätts in i faktiska rymduppdrag", avslutade Dr Christopher E Mason, professor vid samma institut som Etlin och studiens huvudförfattare.