Yaşam destek sistemi

Yaşam destek sistemi, uzay aracı ya da istasyonda mürettebatın soluyabilmesi, içebilmesi ve rahat sıcaklıkta kalabilmesi için hava, su, ısı ve atık yönetimini sağlayan sistemler bütünüdür. İngilizce adıyla ECLSS (Environmental Control and Life Support System) ISS'te bu işin bütününe verilen addır.

Nasıl işler?

Bir insan günde yaklaşık 0,8 kg oksijen soluyar, yarım kilogramdan fazla gıda yer, birkaç litre su içer ve bu sürede karbondioksit, ter, idrar ve atık üretir. Alçak Yer yörüngesinde yük taşımak çok pahalıdır; bu yüzden sistem malzemeyi mümkün olduğunca geri dönüştürmeye çalışır.

Oksijen, suyun elektrolizle hidrojen ve oksijene ayrılmasıyla üretilir. Karbondioksit, kabin havasından özel emici yataklarla ayrıştırılır. Ayrılan karbondioksit Sabatier tepkimesinde hidrojenle birleşip metan ve su verir; bu su yeniden elektrolize gider. İdrar, nem yoğuşması ve terden toplanan sıvı arıtılarak içilebilir suya çevrilir. ISS'te su geri kazanımı yüzde 98 civarına ulaşmıştır. Kabin havası ayrıca filtrelerle kokudan ve izlenen zararlı gazlardan arındırılır, fanlar havayı sürekli dolaştırır; çünkü ağırlıksızlıkta sıcak hava yükselmediği için durgun hava kümesi baş çevresinde karbondioksit birikimine yol açar. Atık ısı, su döngüleriyle radyatörlere taşınıp uzaya yayılır.

Örnekler

Apollo 13'te (Nisan 1970) ay modülü üç kişiyi taşımak zorunda kaldığında, karbondioksit tutan lityum hidroksit kutuları yetersiz kaldı; Yer'deki mühendisler, komuta modülünün kare kutularını modülün yuvarlak girişine uyduran bir adaptörü eldeki malzemelerle tarif etti ve mürettebat kurtuldu. 1997'de Mir istasyonunda bir oksijen mumunun yanması ciddi bir yangın çıkardı. Bu olaylar, sistemlerin yalnız verimli değil, güvenli ve onarılabilir olmasının gerektiğini gösterir.

Kapalı sistemler uzun görevlerde belirleyicidir. Ay çevresindeki Gateway planı ve Mars görevleri, ikmal olmadan aylarca dayanabilecek, parçaları basit ve değiştirilebilir sistemler ister.

Sistem tasarımının temel ilkesi yedeklilik ve basitliktir. Her kritik işlev için birden çok yol bulunur: örneğin oksijen elektrolizle, ayrıca yedek olarak katı yakıtlı oksijen mumuyla ya da tanklardan sağlanabilir. Karbondioksit seviyesi ve nem sürekli izlenir; bu değerler ölçüyü aştığında alarm çalar. Uzun görevlerde bitkilerin yetiştirilmesi, sistemi yalnız oksijen ve gıda için değil, mürettebatın ruh hali için de desteklemeye adaydır. ISS'te yetiştirilen marul ve turp gibi bitkiler bu yöndeki ilk adımlardır.

Gelecekteki Mars görevleri için tam kapalı döngüyü hedefleyen sistemler geliştiriliyor. Atığın yeniden kullanımı, bitki yetiştiriciliği ve yerinde kaynak kullanımı (örneğin Mars atmosferinden oksijen üretimi) ana fikirlerdir. Bunların hepsi zamanla test edilmeli; çünkü mürettebat birkaç yıl boyunca yardım alamayacak.

Tarihçe

İlk görevlerde, Vostok ve Mercury kapsüllerinde, depolanmış oksijen ve tek kullanımlık emici maddeler yeterliydi çünkü uçuşlar kısaydı (Vostok'ta hava benzeri bir karışım, Mercury'de saf oksijen kullanıldı). Mir istasyonunda su geri kazanımı ve oksijen üretimi uygulandı; 2008'den sonra ISS'e su geri kazanım düzeneği eklendi. Kapalı döngü fikri, bitkilerin oksijen üretip karbondioksit tüketmesine dayanır ve yer üstü denemelerde araştırılmıştır.

Neden önemli?

Mars'a gidiş-dönüş yolculuğu yılları bulabilir ve yardım erişimi yoktur. Her yedek parça, her kilogram su fırlatma maliyetini artırır. Bu yüzden geri dönüşümü daha da artırmak, parçaları daha dayanıklı yapmak ve arızayı mürettebatın kendisinin onarabilmesi, insanlı derin uzay görevlerinin ana mühendislik zorluklarından biridir.

İlgili terimler

• Mikro yerçekimi
• Uluslararası Uzay İstasyonu
• Sabatier tepkimesi
• Elektroliz
• Kapalı döngü ekosistemi