کد خبر: ۳۶۹۳۵

تاریخ: ۱۸ مهر ۱۴۰۳ - ۱۴:۳۸

زمین سیاره نیست، یک سفینه فضایی بزرگ است!

زیستگاه‌های فضایی و زمین هر دو به سیستم‌های حلقه بسته متکی هستند و بنابراین می‌توان گفت زمین شباهت زیادی به ایستگاه فضایی بین‌المللی دارد و تنها مقیاس آنها متفاوت است.

تصور کنید در مکانی زندگی می‌کنید که بقای شما به زندگی با محدودیت‌های مشخص بستگی دارد. برای مثال مصرف نکردن غذا و انرژی بیشتری نسبت به آنچه تولید می‌کنید، ایجاد آب شیرین و هوای کافی برای زندگی، کاهش ضایعات به حداقل، بازیافت هر چیزی که می‌توانید و اجتناب از آلوده کردن محیط اطراف از جمله این محدودیت‌ها هستند. این همان چیزی است که فضانوردان باید تا حدی در ایستگاه فضایی بین‌المللی با آن روبرو شوند و در سکونتگاه‌های آینده روی ماه یا مریخ باید تا حد زیادی با آن مواجه خواهیم بود.

اما اینها مواردی هستند که اگر بخواهیم از محیط زیست خود محافظت کنیم باید روی زمین رعایت کنیم و حفاظت از محیط زیست یکی از موضوعات هفته جهانی فضای امسال است که در روز‌های ۴ تا ۱۰ اکتبر برگزار می‌شود.

یک ایستگاه فضایی یا یک پایگاه در ماه، عمدتا متشکل از یک سیستم حلقه بسته است. سیستم حلقه بسته به این معناست که باید منابع خود را تولید کنید و سپس آنها را بازیافت کنید و آنها را به سیستم برگرداند، زیرا محدود هستند. در فضا اگر منابع بیش از حد مصرف شوند، فضانوردان ممکن است با کمبود هوا، غذا، آب یا انرژی مواجه شوند که می‌تواند کشنده باشد. مطمئنا، گاه به گاه منابعی از زمین برای آنها ارسال می‌شود و بنابراین آنها سیستم‌های حلقه بسته ۱۰۰ درصدی نیستند. با این حال، آنچه یک حلقه کاملا بسته ۱۰۰ درصدی است، خود زمین است.

سفینه فضایی به نام زمین

سیاره ما ظرفیت حمل خاص یا همان چیزی که اندیشکده بین‌المللی باشگاه رم که اتاق فکری متشکل از دانشگاهیان، رهبران تجاری و سیاستمداران است در گزارش معروف خود در سال ۱۹۷۳ «محدودیت رشد» نامید، است. آنها هشدار دادند که زمین در حال رسیدن به ظرفیت حمل خود است و به زودی ما انرژی زیادی مصرف می‌کنیم، غذای زیادی می‌خوریم، آب شیرین کافی تولید نمی‌کنیم، و انتشارات گلخانه‌ای را وارد جو می‌کنیم که این سیستم حلقه بسته جهانی ما را ناپایدار می‌کند. در واقع، از آنجایی که تغییرات آب و هوایی سال به سال به طور فزاینده‌ای مخرب‌تر شده و منجر به خشکسالی‌های مکرر، قحطی، آتش‌سوزی‌ها و آب و هوای نامساعد می‌شود، برخی ممکن است بگویند که ما در حال حاضر به آن مرحله رسیده‌ایم.

اینجاست که یادگیری زندگی در فضا می‌تواند به ما کمک کند که چگونه روی یک زمین پایدار زندگی کنیم. این ایده جدیدی نیست، اما مقاله اخیر محققان مرکز هوافضای آلمان در مجله به طور خلاصه نحوه استفاده از فناوری‌های طراحی شده برای زندگی در زیستگاه‌های فضایی حلقه بسته را بر روی زمین به طور خلاصه مطرح کرده است.

آنها توضیح دادند که چگونه یک زیستگاه فضایی باید چندین کارکرد داشته باشد تا یک سیستم حلقه بسته باقی بماند و چگونه هر یک از اینها می‌تواند دوباره در مقیاس بزرگتر در زمین اعمال شود.

ابتدا باید منابع کشت شده و به سیستم وارد شود. در این مورد، منابع به معنای هر چیزی است که یک زیستگاه برای عملکرد نیاز دارد، از غذا گرفته تا انرژی. با این حال، این مفهوم باید به دقت مدیریت شود. به عنوان مثال، اگر تمام یخ آب‌های سنگی در ماه خیلی سریع استخراج شود، آنگاه دیگر چیزی برای تامین یک پایگاه ماه برای مدت طولانی باقی نخواهد ماند.

مرحله دوم بازیافت آن منابع است تا خیلی سریع مصرف نشوند. در یک زیستگاه حلقه بسته، زباله‌های بازیافت نشده پرهزینه هستند و می‌توانند زیستگاه را در طول زمان دچار افول کنند، زیرا وجود زباله به این معنی است که به تدریج منابع کمتری باقی می‌ماند و همچنین این می‌تواند محیط زیست زیستگاه را آلوده کرده و آن را دچار مشکل کند.

مرحله سوم خودکفایی است. یک زیستگاه فضایی باید بتواند هر آنچه را که نیاز دارد تولید و تعمیر کند، بدون اینکه گاه به گاه از زمین تامین شود.

در نهایت، یک زیستگاه حلقه بسته باید به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد تا بتواند به طور نامحدود از خدمه خود و هرگونه حیات حیوانی یا گیاهی دیگر پشتیبانی کند. اگر سیستم به دلیل سوء استفاده از آن خراب شود، طول عمر زیستگاه به شدت کاهش می‌یابد.

ما می‌توانیم ببینیم که چگونه هر یک از اینها می‌توانند روی زمین اعمال شوند. کشاورزی پرفشار، معدن، ماهیگیری و ... نشان می‌دهد که ما چگونه از منابع در زمین حلقه بسته خود بهره‌برداری بی‌رویه می‌کنیم. بازیافت می‌تواند به ما کمک کند تا منابع خود را بدون آلوده کردن محیط با زباله، حفظ کنیم. اگر جوامع بتوانند خودکفاتر شوند، انتشار دی اکسید کربن را می‌توان کاهش داد.

تقریبا چهار میلیارد سال است که زمین برای زندگی انعطاف‌پذیری نشان داده، اما رویکرد بی‌دقت ما نسبت به محیط زیست با مصرف بیش از حد، این انعطاف‌پذیری را به چالش کشیده است.

فضا روی زمین

جالب اینجاست که فناوری‌های توسعه‌یافته برای استفاده در فضا نیز می‌توانند به زمین کمک کنند.

یک مثال کلاسیک صفحات خورشیدی هستند. این صفحات که در سال ۱۹۵۴، در دوران نیروگاه‌های زغال سنگ اختراع شدند، بسیار محبوب نبودند، زیرا در آن زمان استفاده زیادی از سلول‌های فتوولتائیک روی زمین وجود نداشت. در عوض، پنل‌های خورشیدی برای اولین بار در فضا پیشرفت کردند و در اوایل سال ۱۹۵۸ با ماهواره ونگارد ۱ انرژی ماهواره‌ها را تامین کردند. مقدار پولی که کشور‌های دارای فضاپیما می‌توانستند برای تحقیق و توسعه سلول‌های خورشیدی استفاده کنند به این معنی بود که در دهه ۱۹۷۰، این سلول‌ها به اندازه کافی برای استفاده در زمین قابل استفاده بودند.

امروزه سلول‌های خورشیدی را در همه جا می‌بینیم، پنل‌های متوسط روزانه ۱.۵ کیلووات برق تولید می‌کنند؛ و از سال ۲۰۲۳ انرژی خورشیدی در مجموع ۵.۵ درصد از برق جهان را بدون داشتن انتشار مضر نیروگاه‌های زغال سنگ یا زباله‌های سمی راکتور‌های شکافت هسته‌ای تولید می‌کند.

یکی دیگر از فناوری‌های توسعه‌یافته در فضا که می‌تواند به حمایت از روش‌های پایدارتر زندگی بر روی زمین کمک کند، مبتنی بر غذا است. محصولات زراعی توسط فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی کشت می‌شود.

این آزمایش که به سیستم تولید سبزیجات معروف است، اولین بار در سال ۲۰۲۱ به تولید کاهو منجر شد که توسط فضانورد ناسا مایکل هاپکینز برداشت شد. این آزمایش حول کاشت بذر در یک «بالش بذر» همراه با آزادسازی کنترل شده کود و خاک رس و استفاده از چراغ‌های LED طراحی شده ویژه برای ایجاد فتوسنتز بود. این چراغ‌ها اکنون برای «کشاورزی عمودی» روی زمین سازگار شده‌اند، که روشی پایدار برای رشد محصولاتی است که زمین زیادی را در مناطق شهری اشغال نمی‌کنند و آب آنها بازیافت می‌شود، درست مانند ایستگاه فضایی. با رشد مواد غذایی در مزارع عمودی نزدیک به جوامع مسکونی، انسان‌ها می‌توانند هزینه‌های حمل و نقل و کشاورزی فشرده را کاهش دهند، که هر دو تولید دی اکسید کربن بالایی دارند.

چرخه آب

وقتی صحبت از آب شد، مهم است که آب در ایستگاه فضایی بازیافت شود، زیرا وزن آن به معنای پرهزینه بودن بالا بردن از زمین تا فضاست. تمام آب موجود در ایستگاه فضایی بین‌المللی از طریق یک سیستم بازیابی آب بازیافت می‌شود، به عنوان بخشی از سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از حیات ایستگاه، که می‌تواند بخار آب را که انسان در هوا استنشاق می‌کند، عرق و حتی ادرار را به آب آشامیدنی تبدیل کند. در یک سیستم حلقه بسته، هر منبع باید تا حداکثر میزان ممکن استفاده شود.

اگرچه ما نیازی به نوشیدن آب از ادرار روی زمین نداریم، اما مکان‌های زیادی در سرتاسر جهان وجود دارد که آب تازه و تمیز در آنها کم است. فناوری بازیابی آب ناسا به شرکت‌ها این امکان را داده است تا فیلتر‌های قابل حملی بسازند که به جوامع اجازه می‌دهد آب تمیز را از منابع آلوده به دست آورند.

پاکسازی کربن

همراه با بخار آب، فضانوردان دی اکسید کربن را در بازدم خود منتشر می‌کنند.

فضانوردان ماموریت آپولو ۱۳ زمانی که مجبور شدند با عجله در مسیر بازگشت از ماه به خانه، فیلتر دی اکسید کربن را از قطعات یدکی بسازند، متوجه خطرات ناشی از تجمع دی اکسید کربن شدند. در ایستگاه فضایی بین‌المللی، دی اکسید کربن باید به طور مشابه از هوا پاک شود.

پیش از این، اکسیژن در ایستگاه فضایی بین‌المللی توسط سیستمی تولید می‌شد که آن را از ۴۰۰ لیتر آبی که هر سال از زمین خارج می‌شد استخراج می‌کرد. بنابراین، این یک سیستم حلقه بسته نبود. در حال حاضر، آژانس فضایی اروپا سیستم حلقه بسته پیشرفته (ACLS) را توسعه داده است که قادر است ۵۰ درصد از دی اکسید کربن موجود در ایستگاه را به اکسیژن بازیافت کند و دیگر نیازی به بیرون آوردن مقادیر زیادی آب از زمین ندارد. مجموعه بازفرآوری دی اکسید کربن ACLS، هیدروژن و دی اکسید کربن استخراج شده از هوا را برای تولید آب و متان مخلوط می‌کند. متان به عنوان زباله به فضا تخلیه می‌شود، اما یک مجموعه تولید اکسیژن می‌تواند آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کند، که دومی به سیستم ACLS باز می‌گردد تا چرخه دوباره شروع شود.

با این حال، قبل از ACLS، دی اکسید کربن منحصرا از طریق ماده معدنی به نام زئولیت حذف می‌شد که منافذ آن به اندازه‌ای کوچک است که مولکول‌های دی اکسید کربن را به دام می‌اندازد و سپس آنها را به فضا می‌ریختند. اکنون استفانو براندانی و جولیو سانتوری از دانشگاه ادینبرو در حال بررسی راه‌هایی برای استفاده از فناوری زئولیت برای کاهش دی اکسید کربن در جو زمین هستند. آنها پنکه‌های غول پیکر را در حال مکیدن هوای پر از دی اکسید کربن به سمت ایستگاه‌های ساخته شده از بستر‌های زئولیت تصور می‌کنند که دی اکسید کربن را از هوا حذف می‌کند. همین فناوری همچنین می‌تواند در نزدیکی منبع مورد استفاده قرار گیرد و دی اکسید کربن را از گاز‌های زائد تولید شده توسط صنعت قبل از رها شدن در جو حذف کند. اگرچه نمی‌تواند تمام دی اکسید کربن را از جو حذف کند و از گرم شدن کره زمین جلوگیری کند، فناوری جذب کربن می‌تواند به کاهش تغییرات آب و هوایی و به جهان کمک کند تا در هدف حفظ گرمایش جهانی در حد کمتر از ۱.۵ درجه سانتیگراد باقی بماند.

با توجه به انتقاداتی که اغلب به برنامه‌های فضایی در سرتاسر جهان وارد می‌شود مبنی بر اینکه برنامه‌های فضایی پروژه‌هایی تجملاتی و گرانقیمت هستند و به جای آن می‌توان پول را در جای دیگری روی زمین خرج کرد، کمی کنایه‌آمیز است که فناوری توسعه‌یافته برای کمک به زندگی مردم در فضا می‌تواند به ما کمک کند روی زمین بهتر زندگی کنیم. البته سفر فضایی به خودی خود سازگار با محیط زیست نیست و یک موشک می‌تواند تا ۳۰۰ تن دی اکسید کربن در هر پرتاب ساطع کند.

فناوری مورد استفاده در فضا اگر به درستی اعمال شود، مطمئنا می‌تواند با کمک به ما برای تبدیل شدن به یک سیاره سبزتر، تعادل را اصلاح کند. به هر حال، زمین، باورنکردنی‌ترین سفینه فضایی ماست.

منبع: ایسنا