Для человека на Земле стирка одежды — обычная бытовая процедура, не требующая особых размышлений. В космосе всё иначе. На орбитальной станции каждый килограмм груза имеет значение, вода является ценным ресурсом, а длительные экспедиции к Луне и Марсу потребуют особенно бережного отношения к запасам. Поэтому исследователи ищут способы поддерживать чистоту одежды, постельных принадлежностей и других тканевых поверхностей без обычной стирки.
Один из таких вариантов разрабатывают специалисты Университета Алабамы в Хантсвилле совместно с NASA. Они создают компактное устройство, условно называемое «плазменной пушкой», которое направляет холодную плазму на ткань. Его задача заключается не в удалении пятен, а в уничтожении бактерий и снижении микробной нагрузки.
Технология пока находится на стадии лабораторных исследований и требует серьёзной инженерной доработки перед возможным использованием в космосе. Однако сама идея интересна тем, что один и тот же плазменный подход потенциально может найти применение сразу в нескольких системах будущих космических поселений.
Почему стирка становится проблемой в космосе
На Международной космической станции нет обычной стиральной машины. Это связано прежде всего с ограничениями по массе, объёму и расходу воды.
Для длительной миссии экипажу требуется одежда, но постоянно доставлять новые комплекты с Земли невозможно. Поэтому космонавты используют одежду значительно дольше, чем в обычной жизни.
После того как использованные вещи уже нельзя эффективно использовать, их не обязательно возвращают на Землю. Ненужные материалы могут отправляться в грузовых аппаратах, которые после завершения миссии входят в атмосферу и сгорают.
Такой подход позволяет не создавать отдельную систему стирки, но он имеет очевидное ограничение: он не решает проблему необходимости постоянно иметь чистую одежду на борту.
Для будущих экспедиций ситуация станет ещё сложнее. Полёт человека к Марсу и пребывание на поверхности планеты будут значительно дольше, чем типичная экспедиция на низкой околоземной орбите. Возможности пополнить запасы в пути будут крайне ограничены.
Именно поэтому технологии, позволяющие уменьшить расход воды и количество доставляемых с Земли материалов, рассматриваются как важная часть подготовки дальних пилотируемых миссий.
Что такое плазма
Плазма — одно из основных состояний вещества, наряду с твёрдым, жидким и газообразным.
Она образуется, когда газ получает достаточно энергии для того, чтобы часть его атомов или молекул потеряла электроны. В результате возникает смесь положительно заряженных ионов и свободных электронов.
Плазма широко распространена во Вселенной. Именно в таком состоянии находится вещество звёзд, а плазменные процессы играют важную роль в солнечном ветре и космической физике.
Но плазму можно получать и в лабораторных условиях.
В рассматриваемой технологии исследователи используют плазму не для нагрева ткани, а для создания химически активных частиц, способных уничтожать микроорганизмы.
Как плазма уничтожает бактерии
Лабораторная установка создаёт холодную плазму с использованием гелия, воздуха и водяного пара.
При воздействии энергетических электронов на молекулы содержащихся в газовой смеси веществ образуются химически активные соединения, в том числе активные формы кислорода.
Среди них могут образовываться озон и гидроксильные радикалы.
Эти вещества способны вступать в химические реакции с компонентами бактериальных клеток.
Одна из основных целей воздействия — клеточная мембрана бактерии. Она содержит липиды, которые могут подвергаться окислению. Повреждение мембраны нарушает нормальное функционирование клетки и в конечном итоге может привести к её гибели.
Таким образом, плазменная обработка действует не как обычная механическая стирка, а как способ обеззараживания поверхности.
Это принципиальная разница.
Плазменная «стирка» не удаляет грязь
Несмотря на необычное название, разработанное устройство нельзя считать стиральной машиной в привычном смысле.
Плазма не предназначена для удаления загрязнений с ткани.
Если на одежде осталось пятно от кофе, пыли или другого вещества, обработка плазмой не превращает вещь в визуально чистую.
Основная задача технологии — уменьшить количество бактерий.
Поэтому правильнее говорить не о стирке, а о санитарной обработке или обеззараживании одежды и других мягких материалов.
Это особенно важно в замкнутой среде космического аппарата или будущего марсианского жилого модуля.
Почему бактерии особенно важны для космических экипажей
На космическом корабле люди находятся в ограниченном объёме воздуха и помещений. В отличие от обычного земного дома, экипаж не может просто открыть окно и заменить воздух окружающей атмосферой.
Микроорганизмы постоянно попадают на кожу, одежду и различные поверхности.
В нормальных земных условиях это часть обычной микробной среды человека. Однако в замкнутом космическом пространстве контроль микробной нагрузки приобретает дополнительное значение.
Чистота тканей важна не только из соображений комфорта. Одежда, постельные принадлежности и другие мягкие поверхности могут контактировать с кожей человека и служить местом накопления микроорганизмов.
Поэтому технология, способная уменьшать количество бактерий без значительного расхода воды, потенциально может оказаться полезной для длительных экспедиций.
Почему вода особенно ценна на пути к Марсу
Вода является одним из наиболее важных ресурсов для пилотируемых космических миссий.
Она необходима непосредственно человеку, но этим её значение не ограничивается. Вода участвует в работе систем жизнеобеспечения и может перерабатываться для получения других ресурсов.
На Земле стирка обычно требует значительного количества воды. Для космического корабля такой расход становится проблемой.
Часть воды на орбитальных станциях можно очищать и использовать повторно, однако полностью замкнутая система требует сложного оборудования и всё равно должна учитывать потери.
Чем меньше дополнительной воды требуется для бытовых процедур, тем меньше ресурсов необходимо доставлять на борт.
Для полёта к Марсу это особенно существенно.
Долгий полёт меняет требования к бытовым системам
Пилотируемая миссия к Марсу будет принципиально отличаться от большинства современных космических полётов.
Даже при использовании современных технологий экипажу придётся длительное время находиться далеко от Земли.
Невозможно рассчитывать на регулярную доставку запасных комплектов одежды, бытовой химии и других расходных материалов.
Поэтому инженерам приходится рассматривать практически каждую систему с точки зрения возможности уменьшить массу груза.
Это касается не только двигателей и оборудования научных исследований, но и самых обычных бытовых процессов.
Одежда, вода, санитария и обработка отходов на первый взгляд не имеют отношения к космической технике высокого уровня. Однако именно такие процессы становятся важными при переходе от коротких экспедиций к длительному пребыванию людей за пределами Земли.
Откуда появилась идея плазменной обработки
Исследования плазменной технологии первоначально были связаны не только с гигиеной внутри космического корабля.
Одним из направлений работы была планетарная защита.
Перед использованием оборудования на другой планете необходимо учитывать риск переноса земных микроорганизмов.
Если космический аппарат или экипаж доставляет земные бактерии на другую планету, это может осложнить научные исследования, особенно если речь идёт о поиске признаков возможной внеземной жизни.
Поэтому поверхности космических аппаратов, инструменты и скафандры могут требовать специальной обработки.
Исследователи изучали возможность использования плазмы для уничтожения микроорганизмов на таких объектах.
Затем стало очевидно, что аналогичный принцип может быть применён внутри космических жилых помещений.
Скафандры — ещё одна потенциальная область применения
Скафандр представляет собой особенно сложный объект для санитарной обработки.
Он должен сохранять герметичность, обеспечивать человеку подходящие условия для дыхания и поддерживать необходимый температурный режим.
При этом после выхода на поверхность другого небесного тела скафандр контактирует с местной пылью и грунтом.
Для лунных и марсианских экспедиций это становится отдельной проблемой.
Плазменная обработка потенциально может использоваться для обеззараживания мягких элементов скафандров и другого оборудования.
Кроме того, обработка может быть связана с требованиями планетарной защиты перед выходом оборудования из жилой зоны.
Пока речь идёт именно о потенциальном применении. Лабораторная технология ещё не является готовой системой для эксплуатации на Луне или Марсе.
Лунная база создаёт собственные санитарные проблемы
Луна находится значительно ближе к