เปลี่ยนเหงื่อและปัสสาวะให้เป็นน้ำดื่ม ระบบรีไซเคิลสุดล้ำบนสถานีอวกาศ ISS

เปลี่ยนเหงื่อและปัสสาวะให้เป็นน้ำดื่ม ระบบรีไซเคิลสุดล้ำบนสถานีอวกาศ ISS

ท่ามกลางห้วงอวกาศอันเวิ้งว้าง ซึ่งไม่มีแม่น้ำ ทะเลสาบ หรือแหล่งน้ำใต้ดินให้มนุษย์ตักมาใช้ การดำรงชีวิตบนสถานีอวกาศนานาชาติ หรือ ISS จึงต้องอาศัยการบริหารทรัพยากรทุกหยดอย่างระมัดระวัง โดยเฉพาะ “น้ำ” ซึ่งมีน้ำหนักมากและต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาลในการขนส่งขึ้นจากพื้นโลก

นักบินอวกาศต้องใช้น้ำสำหรับดื่ม ชงกาแฟ เติมในอาหารอบแห้ง ทำความสะอาดร่างกาย และสนับสนุนระบบต่าง ๆ ภายในสถานี หากต้องส่งน้ำทั้งหมดจากโลกขึ้นไปอย่างต่อเนื่อง ค่าใช้จ่ายจะสูงมาก และยิ่งไม่เหมาะกับภารกิจระยะไกลในอนาคตที่มนุษย์อาจต้องเดินทางไปยังดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ด้วยเหตุนี้ วิศวกรจึงพัฒนาระบบสนับสนุนการดำรงชีวิตที่สามารถรวบรวมน้ำใช้แล้ว นำมาทำให้สะอาด และหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ซ้ำแล้วซ้ำอีก

ระบบดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของ Environmental Control and Life Support System หรือ ECLSS ซึ่งทำหน้าที่ดูแลทั้งอากาศ ออกซิเจน ความชื้น และน้ำภายในสถานี ระบบกู้คืนน้ำของ ISS ไม่ได้จัดการเฉพาะปัสสาวะเท่านั้น แต่ยังรวบรวมความชื้นที่เกิดจากลมหายใจและเหงื่อของลูกเรือ ซึ่งลอยอยู่ในอากาศและถูกเครื่องลดความชื้นควบแน่นกลับมาเป็นของเหลว นอกจากนี้ยังสามารถรับน้ำจากระบบบางชนิดภายในสถานี เช่น น้ำที่เกิดจากกระบวนการผลิตออกซิเจนและน้ำจากอุปกรณ์สนับสนุนกิจกรรมนอกยาน ก่อนนำเข้าสู่กระบวนการบำบัดต่อไป

แม้จะมีคำพูดติดตลกว่า “กาแฟของวันนี้คือกาแฟของวันพรุ่งนี้” แต่สิ่งที่นักบินอวกาศดื่มไม่ได้เป็นปัสสาวะที่ถูกกรองอย่างง่าย ๆ หากเป็นน้ำที่ผ่านกระบวนการแยก กรอง ทำลายสารปนเปื้อน และตรวจสอบคุณภาพหลายขั้นตอน จนไม่เหลือลักษณะเดิมของของเสียอยู่เลย

ขั้นตอนแรกของการนำน้ำออกจากปัสสาวะเกิดขึ้นภายในอุปกรณ์ที่เรียกว่า Urine Processor Assembly หรือ UPA ปัสสาวะจะถูกปรับสภาพเพื่อควบคุมจุลินทรีย์และป้องกันการตกผลึก ก่อนเข้าสู่ชุดกลั่นที่ทำงานภายใต้สภาวะสุญญากาศ การลดความดันช่วยให้น้ำระเหยได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าการต้มตามปกติ จึงประหยัดพลังงานมากกว่า

อย่างไรก็ตาม การกลั่นของเหลวในสภาวะไร้น้ำหนักมีความซับซ้อน เพราะไม่มีแรงโน้มถ่วงช่วยให้ของเหลวและไอแยกชั้นเหมือนบนโลก ชุดกลั่นจึงต้องหมุนเพื่อสร้างแรงคล้ายแรงโน้มถ่วงเทียม ช่วยแยกไอน้ำออกจากของเหลวและสารตกค้าง น้ำที่กลั่นออกมาได้ในขั้นตอนนี้ยังไม่ถูกนำไปดื่มทันที แต่จะถูกส่งต่อไปรวมกับน้ำควบแน่นจากอากาศ แล้วเข้าสู่ระบบบำบัดอีกชุดหนึ่ง

ของเหลวที่เหลือจากการกลั่นปัสสาวะเรียกว่า “น้ำเกลือเข้มข้น” หรือ brine ซึ่งในอดีตยังมีน้ำติดอยู่และต้องถูกทิ้งไปพร้อมของเสีย เพื่อดึงน้ำส่วนนี้กลับมาใช้ NASA จึงนำ Brine Processor Assembly หรือ BPA เข้ามาเสริมระบบ อุปกรณ์นี้ใช้ถุงเมมเบรนพิเศษและการไหลเวียนของอากาศเพื่อดึงน้ำที่ยังหลงเหลือออกจากน้ำเกลือเข้มข้น ก่อนส่งน้ำกลับเข้าสู่สายการบำบัดอีกครั้ง เทคโนโลยีส่วนนี้เองที่ช่วยให้ระบบบรรลุอัตราการกู้คืนน้ำโดยรวมประมาณ 98 เปอร์เซ็นต์ในการทดสอบบน ISS เมื่อปี 2023

น้ำที่รวบรวมได้ทั้งหมดจะเดินทางเข้าสู่ Water Processor Assembly หรือ WPA เริ่มจากการกำจัดอนุภาคแขวนลอย แล้วผ่านชั้นกรองหลายชนิดซึ่งดูดซับสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ที่ละลายอยู่ จากนั้นจึงเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์เร่งปฏิกิริยาที่ใช้อุณหภูมิและออกซิเจนทำลายสารอินทรีย์ที่ยังหลงเหลืออยู่ กระบวนการนี้ไม่ได้อาศัยตัวกรองเพียงอย่างเดียว แต่เป็นการใช้ระบบหลายชั้นร่วมกัน เพื่อให้มั่นใจว่าน้ำมีคุณภาพตามมาตรฐานที่กำหนด

หลังผ่านการบำบัด น้ำจะถูกตรวจวัดด้วยเซ็นเซอร์ หากคุณภาพยังไม่ผ่านเกณฑ์ ระบบจะไม่ส่งน้ำไปให้ลูกเรือใช้ แต่จะวนกลับเข้าสู่กระบวนการอีกครั้ง น้ำที่ผ่านมาตรฐานแล้วจะได้รับสารควบคุมการเจริญของจุลินทรีย์ในปริมาณที่เหมาะสม ก่อนถูกเก็บไว้สำหรับดื่ม เตรียมอาหาร ชงเครื่องดื่ม และนำไปใช้ในระบบผลิตออกซิเจนของสถานี

ตัวเลขการกู้คืนน้ำประมาณ 98 เปอร์เซ็นต์ไม่ได้หมายความว่าเครื่องสามารถเปลี่ยนของเสียทุกชนิดบนสถานีให้เป็นน้ำดื่มได้ทั้งหมด หรือระบบจะทำงานได้ที่ระดับดังกล่าวทุกวินาที แต่หมายถึงความสามารถโดยรวมในการดึงน้ำกลับมาจากแหล่งที่ระบบรองรับ โดยเฉพาะปัสสาวะ น้ำควบแน่นจากความชื้น และน้ำที่ยังเหลืออยู่ในน้ำเกลือหลังการกลั่น ความสำเร็จนี้ช่วยลดปริมาณน้ำที่ต้องขนส่งจากโลกลงอย่างมาก แต่สถานีก็ยังต้องมีน้ำสำรอง อะไหล่ และเสบียงจากยานขนส่งเผื่อกรณีซ่อมบำรุงหรือเกิดความขัดข้อง

แม้นักบินอวกาศจะทำความสะอาดร่างกายด้วยผ้าเปียกและวิธีประหยัดน้ำ แต่ไม่ควรเข้าใจว่าน้ำจากการอาบฝักบัวถูกเก็บกลับเข้าสู่ระบบเหมือนบ้านบนโลก เพราะ ISS ไม่มีห้องอาบน้ำแบบฝักบัวทั่วไป ระบบที่ใช้งานในปัจจุบันเน้นบำบัดปัสสาวะ ความชื้นในอากาศและแหล่งน้ำเฉพาะที่ออกแบบไว้ ไม่ได้รวบรวมน้ำเสียทุกประเภทภายในสถานีทั้งหมด

ความสำเร็จของระบบรีไซเคิลน้ำบน ISS จึงไม่ได้มีความหมายเพียงการช่วยให้นักบินอวกาศมีน้ำดื่มเพียงพอเท่านั้น แต่ยังเป็นห้องทดลองขนาดใหญ่สำหรับเทคโนโลยีที่จะใช้ในการเดินทางไกลจากโลก เพราะระหว่างภารกิจไปดาวอังคาร ยานเสบียงไม่สามารถเดินทางมาเติมน้ำหรือส่งอะไหล่ให้ได้อย่างรวดเร็ว ระบบในอนาคตจึงต้องกู้คืนทรัพยากรได้มาก ทำงานต่อเนื่อง มีความทนทาน และสามารถซ่อมแซมได้โดยลูกเรือ

น้ำหนึ่งแก้วบนสถานีอวกาศจึงอาจเคยเป็นทั้งไอน้ำจากลมหายใจ หยดเหงื่อ หรือส่วนหนึ่งของปัสสาวะมาก่อน แต่เมื่อผ่านเทคโนโลยีบำบัดอันซับซ้อน มันก็กลับมาเป็นน้ำสะอาดที่ปลอดภัยสำหรับการบริโภคอีกครั้ง นี่คือวงจรน้ำขนาดย่อมที่มนุษย์สร้างขึ้นกลางอวกาศ และเป็นหนึ่งในกุญแจสำคัญที่จะช่วยให้เราเดินทางออกไปสำรวจโลกอื่นได้ไกลกว่าเดิมอย่างแท้จริง