PlusMagi's Blog By Pitt Phunsanit Technology ระบบควบคุมและพยุงชีพสิ่งแวดล้อม (ECLSS): วิศวกรรมรีไซเคิลน้ำ อากาศ และสร้างโลกจำลองขนาดย่อมในอวกาศ

ระบบควบคุมและพยุงชีพสิ่งแวดล้อม (ECLSS): วิศวกรรมรีไซเคิลน้ำ อากาศ และสร้างโลกจำลองขนาดย่อมในอวกาศ

การส่งน้ำสะอาดและถังออกซิเจนขึ้นสู่อวกาศมีค่าใช้จ่ายด้านการขนส่งสูงถึงหลายแสนดอลลาร์ต่อกิโลกรัม หากมนุษย์ต้องการเดินทางไกลไปตั้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์หรือดาวอังคารเป็นเวลานานนับปี การพึ่งพาการส่งเสบียงจากโลกอย่างสม่ำเสมอจึงเป็นไปไม่ได้ ระบบ Environmental Control and Life Support System (ECLSS) จึงถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่เป็น “ปอด ไต และบรรยากาศจำลอง” โดยสามารถรีไซเคิลของเสีย น้ำปัสสาวะ และลมหายใจของลูกเรือกลับมาเป็นน้ำดื่มและอากาศบริสุทธิ์ได้มากกว่า 98%

photo-1451187580459-43490279c0fa?w=1200 ระบบควบคุมและพยุงชีพสิ่งแวดล้อม (ECLSS): วิศวกรรมรีไซเคิลน้ำ อากาศ และสร้างโลกจำลองขนาดย่อมในอวกาศ
ระบบรีไซเคิลน้ำและควบคุมบรรยากาศ ECLSS บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS)

วัฏจักรน้ำวงปิด: เปลี่ยนเหงื่อและปัสสาวะเป็นน้ำดื่มบริสุทธิ์

บนสถานีอวกาศนานาชาติ น้ำทุกหยดมีค่ามหาศาล ระบบ Water Recovery System (WRS) ทำหน้าที่รวบรวมความชื้นจากลมหายใจ เหงื่อจากการออกกำลังกาย และน้ำปัสสาวะของนักบินอวกาศกลับเข้าสู่วัฏจักร

  • ระบบกลั่นน้ำปัสสาวะสุญญากาศ (Urine Processor Assembly: UPA)
    ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวไม่สามารถตกตะกอนได้ UPA จึงใช้ถังหมุนเหวี่ยงความเร็วสูง (Centrifuge) สร้างแรงโน้มถ่วงเทียมร่วมกับการต้มน้ำภายใต้ความดันต่ำ เพื่อแยกน้ำระเหยออกจากสารละลายเกลือเข้มข้น
  • การบำบัดขั้นสูงด้วยระบบรีเวอร์สออสโมซิส (Water Processor Assembly: WPA)
    น้ำที่กลั่นได้จะไหลผ่านตัวกรองอนุภาค เครื่องกรองสารระเหย และผ่านกระบวนการออกซิเดชันด้วยความร้อนเพื่อฆ่าเชื้อแบคทีเรีย ก่อนจะเติมไอโอดีนเพื่อรักษาสภาพน้ำดื่ม
  • ความสำเร็จระดับประวัติศาสตร์ 98%
    ด้วยการเสริมระบบ BPA (Brine Processor Assembly) ล่าสุด NASA สามารถสกัดน้ำกลับคืนมาจากน้ำปัสสาวะเข้มข้นได้สำเร็จ จนทำให้อัตราการรีไซเคิลน้ำรวมพุ่งสูงแตะระดับ 98% ซึ่งเป็นมาตรฐานขั้นต่ำสำหรับภารกิจส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร

https://www.youtube.com/watch?v=F_fW7B3Xf3g


วัฏจักรออกซิเจน: ปฏิกิริยา Sabatier และการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า

มนุษย์หายใจรับก๊าซออกซิเจนเข้าไปและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกมา หากปล่อยให้สะสมในห้องโดยสารเกินระดับปลอดภัยจะส่งผลให้ลูกเรือหมดสติและเสียชีวิตได้ ระบบ ECLSS จึงใช้กระบวนการทางเคมีวิศวกรรมแบบวงปิดเพื่อหมุนเวียนก๊าซ

ปฏิกิริยา Sabatier: การนำ CO2 กลับมาสร้างน้ำ
คาร์บอนไดออกไซด์ที่ดักจับได้ด้วยเครื่องขจัดก๊าซ CDRA จะถูกส่งเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ซาบาเทียร์ ผสมกับก๊าซไฮโดรเจน (H2) ภายใต้อุณหภูมิสูงและตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล เกิดเป็นก๊าซมีเทนและน้ำ:
CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

จากนั้น น้ำ (H2O) ที่ได้จากปฏิกิริยาจะถูกส่งต่อไปยังระบบ Oxygen Generation System (OGS) เพื่อแยกโมเลกุลด้วยกระแสไฟฟ้า (Electrolysis) ได้เป็นก๊าซออกซิเจน (O2) บริสุทธิ์ปล่อยกลับเข้าสู่ห้องโดยสารให้นักบินอวกาศหายใจ ส่วนไฮโดรเจน (H2) ก็จะวนกลับไปเข้าเตา Sabatier ซ้ำอีกครั้ง


การควบคุมบรรยากาศและสิ่งปนเปื้อนในสภาวะไร้น้ำหนัก

นอกจากการจัดการน้ำและอากาศ ระบบ ECLSS ยังต้องดูแลสมดุลของบรรยากาศและความปลอดภัยของสิ่งแวดล้อมภายในยานตลอด 24 ชั่วโมง

ระบบย่อย หน้าที่ทางวิศวกรรม กลไกในสภาวะไร้น้ำหนัก
ระบบการไหลเวียนของอากาศ (Air Circulation) ป้องกันการก่อตัวของฟองก๊าซ CO2 นิ่งรอบศีรษะลูกเรือขณะนอนหลับ ใช้พัดลมดูดอากาศสร้างกระแสลมหมุนเวียนต่อเนื่อง เนื่องจากไม่มีแรงลอยตัวตามธรรมชาติ
ระบบกำจัดกลิ่นและสารพิษ (TCCS) ดักจับก๊าซแอมโมเนีย คาร์บอนมอนอกไซด์ และสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ใช้แผ่นกรองถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) และเตาเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน
ระบบปรับความดันและอุณหภูมิ (PCS / THC) รักษาสัดส่วนไนโตรเจนและออกซิเจนที่ความดัน 1 บรรยากาศ (14.7 psi) ควบคุมอุณหภูมิห้องโดยสารระหว่าง 18–24°C และความชื้นสัมพัทธ์ประมาณ 40–60%

ระบบ ECLSS จึงไม่ใช่แค่เครื่องจักรกลธรรมดา แต่คือสิ่งประดิษฐ์ทางวิศวกรรมชีวภาพที่สร้างระบบนิเวศจำลองขนาดย่อมขึ้นมาค้ำจุนชีวิตมนุษย์ และเป็นใบเบิกทางที่แท้จริงที่จะพา มนุษยชาติข้ามผ่านความว่างเปล่าไปตั้งรกรากบนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้อย่างยั่งยืน