زمین سیاره نیست، یک سفینه فضایی بزرگ است

به گزارش یومیر تصور کنید در مکانی زندگی می کنید که بقای شما به زندگی با محدودیت های مشخص بستگی دارد. برای مثال مصرف نکردن غذا و انرژی بیشتری نسبت به آنچه تولید می کنید ایجاد آب شیرین و هوای کافی برای زندگی کاهش ضایعات به حداقل بازیافت هر چیزی که می توانید و اجتناب از آلوده کردن محیط اطراف از جمله این محدودیت ها هستند. این همان چیزی است که فضانوردان باید تا حدی در ایستگاه فضایی بین المللی با آن روبرو شوند و در سکونتگاه های آینده روی ماه یا مریخ باید تا حد زیادی با آن مواجه خواهیم بود.

به نقل از یومیر 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 می شود.

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 می تواند کشنده باشد. مطمئنا گاه به گاه منابعی از زمین برای آنها ارسال می شود و بنابراین آنها سیستم های 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 بین المللی 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 می کنیم غذای زیادی می خوریم آب شیرین کافی تولید نمی کنیم و انتشارات گلخانه ای را وارد جو می کنیم که این سیستم حلقه بسته جهانی ما را ناپایدار می کند. در واقع از آنجایی که تغییرات آب و هوایی سال به سال به طور فزاینده ای مخرب تر شده و منجر به خشکسالی های مکرر قحطی آتش سوزی ها و آب و هوای نامساعد می شود برخی ممکن است بگویند که ما در حال حاضر به آن مرحله رسیده ایم.

اینجاست که یادگیری زندگی در فضا می تواند 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 فناوری های طراحی شده برای زندگی در زیستگاه های 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 می تواند 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 آب های 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 زباله های بازیافت نشده پرهزینه هستند و می توانند زیستگاه را در طول زمان دچار افول کنند زیرا وجود زباله به این معنی است که به تدریج منابع کمتری باقی می ماند و همچنین این می تواند 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 می یابد.

ما می توانیم ببینیم که چگونه هر یک از اینها می توانند روی زمین اعمال شوند. کشاورزی پرفشار معدن ماهیگیری و غیره نشان می دهد که ما چگونه از منابع در زمین حلقه بسته خود بهره برداری بی رویه می کنیم. بازیافت می تواند 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 می توان کاهش داد.

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

فضا روی زمین

جالب اینجاست که فناوری های توسعه یافته برای استفاده در فضا نیز می توانند به زمین کمک کنند.

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

امروزه سلول های خورشیدی را در همه جا می بینیم پنل های متوسط روزانه ۱.۵ کیلووات برق تولید می کنند. و از سال ۲۰۲۳ انرژی خورشیدی در مجموع ۵.۵ درصد از برق جهان را بدون داشتن انتشار مضر نیروگاه های زغال سنگ یا زباله های سمی راکتورهای شکافت هسته ای تولید می کند.

یکی دیگر از فناوری های توسعه یافته در فضا که می تواند به حمایت از روش های پایدارتر زندگی بر روی زمین کمک کند مبتنی بر غذا است. محصولات زراعی توسط فضانوردان در ایستگاه فضایی بین المللی کشت می شود.

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 چراغ های LED طراحی شده ویژه برای ایجاد فتوسنتز بود. این چراغها اکنون برای «کشاورزی عمودی» روی زمین سازگار شده اند که روشی پایدار برای رشد محصولاتی است که زمین زیادی را در مناطق شهری اشغال نمی کنند و آب آنها بازیافت می شود درست مانند ایستگاه فضایی. با رشد مواد غذایی در مزارع عمودی نزدیک به جوامع مسکونی انسان ها می توانند هزینه های 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 بین المللی از طریق یک سیستم بازیابی آب بازیافت می شود به عنوان بخشی از سیستم کنترل محیطی و پشتیبانی از حیات ایستگاه که می تواند بخار آب را که انسان در هوا استنشاق می کند 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 مکان های زیادی در سرتاسر جهان وجود دارد که آب تازه و تمیز در آنها کم است. فناوری بازیابی آب ناسا به شرکت ها این امکان را داده است تا فیلترهای قابل حملی بسازند که به جوامع اجازه می دهد آب تمیز را از منابع آلوده به دست آورند.

پاکسازی کربن

همراه با بخار آب فضانوردان دی اکسید کربن را در بازدم خود منتشر می کنند.

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 بین المللی دی اکسید کربن باید به طور مشابه از هوا پاک شود.

پیش از این اکسیژن در ایستگاه فضایی بین المللی توسط سیستمی تولید می شد که آن را از ۴۰۰ لیتر آبی که هر سال از زمین خارج می شد استخراج می کرد. 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 می کند. متان به عنوان زباله به فضا تخلیه می شود اما یک مجموعه تولید اکسیژن می تواند آب را به اکسیژن و هیدروژن تجزیه کند که دومی به سیستم ACLS باز می گردد تا چرخه دوباره شروع شود.

با این حال قبل از ACLS دی اکسید کربن منحصرا از طریق ماده معدنی به نام زئولیت حذف می شد که منافذ آن به اندازه ای کوچک است که مولکول های دی اکسید کربن را به دام می اندازد و سپس آنها را به فضا می ریختند. اکنون استفانو براندانی و جولیو سانتوری از دانشگاه ادینبرو در حال بررسی راه هایی برای استفاده از فناوری زئولیت برای کاهش دی اکسید کربن در جو زمین هستند. آنها پنکه های غول پیکر را در حال مکیدن هوای پر از دی اکسید کربن به سمت ایستگاه های ساخته شده از بسترهای زئولیت تصور می کنند که دی اکسید کربن را از هوا حذف می کند. همین فناوری همچنین می تواند 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 نمی تواند تمام دی اکسید کربن را از جو حذف کند و از گرم شدن کره زمین جلوگیری کند فناوری جذب کربن می تواند 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 برنامه های فضایی در سرتاسر جهان وارد می شود مبنی بر اینکه برنامه های فضایی پروژه هایی تجملاتی و گرانقیمت هستند و به جای آن می توان پول را در جای دیگری روی زمین خرج کرد کمی کنایه آمیز است که فناوری توسعه یافته برای کمک به زندگی مردم در فضا می تواند به ما کمک کند روی زمین بهتر زندگی کنیم. البته سفر فضایی به خودی خود سازگار با محیط زیست نیست و یک موشک می تواند تا ۳۰۰ تن دی اکسید کربن در هر پرتاب ساطع کند.

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

۵۸۵۸