Quando você está em uma viagem de acampamento, talvez precise levar sua própria comida e algo para filtrar ou tratar a água que encontrar. Mas imagine que seu acampamento é no espaço, onde não há água, e levar galões de água ocuparia um grande espaço onde cada centímetro de carga é importante. Esse foi um dos principais desafios que os engenheiros enfrentaram ao projetar a Estação Espacial Internacional (ISS).
Antes de a NASA desenvolver um sistema avançado de reciclagem, a água representava quase metade da carga útil dos ônibus espaciais que viajavam para a ISS. Sou engenheiro ambiental e conduzo pesquisas no Laboratório de Ciências da Vida Espacial do Centro Espacial Kennedy. Como parte desse trabalho, ajudei a desenvolver um sistema de recuperação de água em circuito fechado.
Hoje, a NASA recupera mais de 90% da água usada no espaço. Água limpa mantém a tripulação de astronautas hidratada, limpa e alimentada, pois pode ser usada para reidratar alimentos. A recuperação da água usada é a base do sistema de suporte de vida em circuito fechado essencial para futuras bases lunares, missões a Marte e mesmo possíveis colônias espaciais.
O sistema de controle ambiental e suporte de vida da NASA é um conjunto de equipamentos e processos que desempenha várias funções para gerenciar a qualidade do ar e da água, resíduos, pressão atmosférica e sistemas de resposta a emergências, como detecção e supressão de incêndios. O sistema de recuperação de água — um componente do controle ambiental e suporte de vida — sustenta os astronautas a bordo da ISS e desempenha um papel central na reciclagem de água.
Sistemas construídos para microgravidade
Em ambientes de microgravidade como a ISS, toda forma de água disponível é valiosa. Os sistemas de recuperação de água na ISS coletam água de várias fontes, incluindo urina, umidade do ar da cabine e higiene – ou seja, de atividades como escovar os dentes.
Na Terra, são vários tipos de águas residuais: residenciais de pias, chuveiros e vasos sanitários; industriais de fábricas e processos de fabricação; e de escoamento agrícola, que contém fertilizantes e pesticidas.
No espaço, as águas residuais dos astronautas são muito mais concentradas do que as águas residuais terrestres. Elas contêm níveis significativamente mais altos de ureia – um composto da urina –, sais e surfactantes de sabonetes e materiais usados para higiene. Para tornar a água potável novamente, o sistema precisa remover tudo isso de forma rápida e eficaz.
Os sistemas de recuperação de água usados no espaço empregam alguns dos mesmos princípios do tratamento de água na Terra. Mas eles são projetados especificamente para funcionar em microgravidade, e com manutenção mínima. Esses sistemas também devem operar por meses ou até anos sem a necessidade de peças de reposição ou intervenção manual.
O sistema de recuperação de água da NASA captura e recicla quase todas as formas de água usadas ou geradas a bordo da estação espacial. Ele encaminha a água residual coletada para um sistema chamado “conjunto processador de água”, onde ela é purificada e transformada em água potável segura que excede muitos dos padrões para água potável na Terra.
O sistema de recuperação e tratamento de água na ISS consiste em vários subsistemas.
Recuperando água da urina e do suor
O conjunto processador de urina recupera cerca de 75% da água da urina por meio de aquecimento e compressão a vácuo. A água recuperada é enviada para o conjunto processador de água para tratamento adicional. O líquido restante, chamado salmoura, ainda contém uma quantidade significativa de água. Por isso, a NASA desenvolveu um sistema de processamento de salmoura para extrair a fração final de água dessa salmoura de urina.
No conjunto processador de salmoura, ar quente e seco evapora a água da salmoura restante. Um filtro separa os contaminantes do vapor de água, e o vapor de água é coletado para se tornar água potável. Essa inovação elevou a taxa geral de recuperação de água do sistema para impressionantes 98%. Os 2% restantes são combinados com os outros resíduos gerados.
Já o sistema de revitalização do ar condensa a umidade do ar da cabine – principalmente o vapor de água do suor e da respiração – em água líquida. Ele direciona esta água recuperada para o conjunto do processador de água, que trata toda a água coletada.
Tratamento da água recuperada
O processo de tratamento do conjunto do processador de água inclui várias etapas.
Primeiro, toda a água recuperada passa por filtros para remover partículas em suspensão, como poeira. Em seguida, uma série de filtros remove sais e alguns dos contaminantes orgânicos, seguido por um processo químico chamado oxidação catalítica, que usa calor e oxigênio para decompor os compostos orgânicos restantes. A etapa final é adicionar iodo à água para impedir o crescimento microbiano enquanto ela está armazenada.
O resultado é água potável — muitas vezes mais limpa do que a água da torneira de uma cidade na Terra.
Indo para Marte e além
Para tornar possíveis as missões humanas a Marte, a NASA calcula que as naves espaciais devem recuperar pelo menos 98% da água utilizada a bordo. Embora ainda faltem alguns anos para que viagens autossustentáveis a Marte sejam possíveis, o novo processador de salmoura na ISS aumentou a taxa de recuperação de água o suficiente para que essa meta de 98% agora esteja ao alcance. No entanto, é necessário mais trabalho para desenvolver um sistema compacto que possa ser usado em uma nave espacial.
A viagem a Marte é complexa não apenas por causa da distância envolvida, mas porque Marte e Terra estão em constante movimento em suas respectivas órbitas ao redor do Sol.
O afastamento entre os dois planetas varia dependendo de suas posições. Em média, eles estão a cerca de 225 milhões de quilômetros de distância, com a aproximação teórica mais curta, quando as órbitas dos dois planetas convergem, chegando a 54,6 milhões de quilômetros.
Uma missão tripulada típica deve levar cerca de nove meses em cada sentido. Uma missão de ida e volta a Marte, incluindo operações na superfície e planejamento da trajetória de retorno, pode durar cerca de três anos. Além disso, as janelas de lançamento se abrem apenas a cada 26 meses, quando a Terra e Marte se alinham favoravelmente.
Enquanto a NASA se prepara para enviar humanos em expedições de vários anos ao planeta vermelho, agências espaciais em todo o mundo continuam focadas em melhorar a propulsão e aperfeiçoar os sistemas de suporte à vida. Avanços em sistemas de circuito fechado, suporte robótico e operações autônomas estão tornando o sonho de colocar humanos em Marte cada vez mais próximo da realidade.
