Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий

Новый космический стартап bluShift 1 февраля 2021 испытал ракету на биотопливе, которое безопаснее и экологичнее традиционного. Автор разработки Саша Дери говорит, что новый вид топлива ничуть не уступает обычному:

Ракета, которая была заправлена экологически чистым топливом, предназначена для доставки в космос небольших грузов, в отличие от мощных аппаратов, как у SpaceX. По словам Дери это будет космический Uber.

На МКС работает 3D-принтер Refabricator, разработанный компанией Tethers Unlimited, который перерабатывает пластиковые отходы и получает новые предметы. В принтер отправляют пластик, использованный космонавтами во время экспедиции. В перспективе это устройство может работать не только на орбите и перерабатывать земной мусор.

Благодаря этой технологии сокращается количество материалов, доставляемых на МКС для жизнеобеспечения космонавтов. Также 3D-принтер будет полезным для полетов на Луну и Марс и их дальнейшее освоение.

Китайские ученые планируют доставить на высоту 36 тыс. км первую солнечную электростанцию. Сотрудник Академии космических технологий Пан Чжихао уверен, что технология станет «неистощимым источником чистой энергии для всего человечества». Она будет в шесть раз эффективнее любой солнечной фермы обеспечивать людей электроэнергией. Станция бесперебойно будет собирать энергию вне зависимости от времени суток и метеорологических условий. Затем лазер передаст энергию, преобразованную в микроволны, на Землю.

Электростанция уменьшит загрязнение воздуха от работающих на традиционных ископаемых наземных станций. К 2025 году планируется выход на орбиту, к 2030-му запуск станции мощностью 1 МВт, а к 2050 году — мощностью 1 ГВт.

В 2016 году Самарские ученые изобрели съедобную упаковку для космической еды. Пленка изготавливается из различного растительного сырья и только из натуральных ингредиентов. Например, из овощного или фруктового пюре. Благодаря добавкам она не менее прочная, чем полимерная. В ней можно не только хранить, но и разогревать продукты, после чего съедать ее вместе с пищей.

Такая разработка решает сразу две проблемы: замедление окисления продуктов за счет антибактериальных свойств и проблему утилизации мусора.

Специалисты NASA разработали систему очистки воды The Water Recovery System, используемую на МКС. Суть технологии состоит в том, что использованная космонавтами вода в различном ее виде попадает в коллектор и проходит через специальные фильтры. Затем образуется небольшое гравитационное поле, и различные примеси оказывается на боках резервуара в то время, как очищенная жидкость остается в центре. Следующим этапом при температуре 131 °C вода испаряется и конденсируется на стенках резервуара. После жидкость еще раз пропускается через фильтры.

Вообще, ученые считают, что 93% жидкости подлежит переработки. Так что такая технология может стать важной частью космических экспедиций, поскольку способна освободить значительную часть пространства на борту ракеты.

В длительных экспедициях нужны запасы пищи и чистой воды и воздуха, которые будет трудно взять с собой в необходимых количествах. Команда московских инженеров создала фотобиореактор — прибор для обеспечения космонавтов кислородом, едой и водой в дальних путешествиях. Это прозрачный сосуд с лампочками, насосом и датчиками, где растут одноклеточные водоросли. Выращенные водоросли можно использовать по-разному. Во-первых, в качестве корма для рыб, которых тоже можно выращивать на борту, а не брать с собой. Во-вторых, для очистки сточных вод. В-третьих, после химической переработки можно получить биотопливо, смазки и огнестойкие материалы. Эту технологию пока в космосе никто не использует, но авторы верят в ее будущее на орбите.

В марте 2021 российские ученые создали математическую модель для подводного запуска космических ракет. Эта технология экологически чистая, потому что токсичные вещества не попадают в воду. В основе лежит «холодный» метод, суть которого заключается в давлении столба воды на расположенный в шахте пусковой поршень, на который устанавливается ракета. Установка включает плавучую платформу, благодаря которой вся конструкция будет оставаться на плаву, пусковую шахту и систему насосов.

Солнечный парус — приспособление, которое благодаря давлению солнечного света приводит в движение космический аппарат. Парус очень легкий и компактный, состоит из тонкой металлизированной пленки. Благодаря этой технологии можно не использовать топливо, потому что солнечный свет бесплатный и постоянный. Сейчас на орбите по такой технологии действует спутник LightSail 2, запущенный в июне 2019 года. В перспективе солнечный парус можно использовать для более сложных конструкций и аппаратов.

Разработанный российскими учеными биопринтер «Орган.Авт» позволяет создавать ткани и живые микроорганы в условиях космоса. Это совершенно новая технология, которая работает по принципу лепки снежка, печатая объект сразу со всех сторон, а не послойно, как обычные биопринтеры. В космосе не приходится использовать токсичные соли, необходимые для печати, что повышает выживаемость создаваемых структур клеток. В 2018 году на МКС напечатали хрящевую ткань человека, а также ткань щитовидной железы мыши. Результаты признали успешными.

Несмотря на экологичные технологии, космическая сфера наносит определенный вред окружающей среде. Каждый пуск ракеты-носителя сопровождается выбросами в атмосферу продуктов сгорания, таких, как оксиды азота и углерода, а при использовании твердого топлива это дополнительно хлороводород, хлор и оксид алюминия. Все это вредит экологии, хотя и не так, как промышленное производство, которое беспрерывно загрязняет атмосферу. При пуске ракеты выбросы распределяются по траектории полета и достаточно быстро рассеиваются.

Другая проблема — космический мусор. Ученые подсчитали, что вокруг Земли вращается около 1,25 млрд частиц космического мусора. Это старые спутники, ступени ракет, несгоревшие в атмосфере космические объекты, бытовые приборы космонавтов, потерянные экипажем МКС, и многое другое. Мусор землянам практически никак не вредит, зато космонавтам, спутникам и космическим кораблям грозит столкновениями, авариями и катастрофами.

Проблема космического мусора и влияния отрасли на экологию волнует научное сообщество. В 2019 году «Роскосмос» совместно с РАН объявил о создании программы противодействия угрозам из космоса. Также проблемами экологии в космосе занимается Европейское космическое агентство. К 2025 совместно со Швейцарской компанией CleanSpace оно запустит аппарат для уборки мусора.