Автоматизированная система очистки жидких продуктов переработки отходов для замкнутых экосистем космического назначения

Автор: Трифонов С.В., Тихомиров А.А., Мурыгин А.В.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Технологические процессы и материалы

Статья в выпуске: 4 т.24, 2023 года.

Бесплатный доступ

Обеспечение жизнедеятельности человека в течение нескольких лет в изолированных условиях будущих марсианских и лунных баз представляется возможным при организации круговоротного процесса преобразования органических отходов, в том числе экзометаболитов человека (кал, урина), в необходимые ему продукты: воду, кислород и пищу. Перспективным способом организации такого круговоротного процесса является создание трехзвенной замкнутой экосистемы (ЗЭС): человек, звено получения удобрений из органических отходов и растения, где растения синтезируют необходимые человеку продукты. В работе рассмотрена оригинальная схема комплексной установки очистки жидких продуктов переработки экзометаболитов человека от поллютантов в процессе получения питательных растворов для выращивания растений в условиях ЗЭС. Переработку экзометаболитов человека осуществляли в устройстве физико-химического окисления в водной среде перекиси водорода под действием переменного электрического тока - в реакторе «мокрого» сжигания. Подобрано периферийное оборудование для организации системы автоматического управления установкой очистки, выявлены проблемы и разработаны подходы в автоматизации технологических процессов и создании программного обеспечения для взаимодействия человека с предлагаемой установкой. Выполнены эксперименты по выращиванию растений салата, подтверждающие эффективность предлагаемых процессов очистки жидких продуктов переработки экзометаболитов человека. Сделан вывод, что созданная комплексная установка очистки, оснащенная предлагаемым программным обеспечением, может быть использована для научных исследований применительно к тематике ЗЭС, в том числе космического назначения.

Еще

Управление технологическим процессом, системы жизнеобеспечения, утилизация органических отходов, обессоливание, растительное звено

Короткий адрес: https://sciup.org/148328200

IDR: 148328200   |   DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-4-751-759

Список литературы Автоматизированная система очистки жидких продуктов переработки отходов для замкнутых экосистем космического назначения

  • Gitelson J. I., Lisovsky G. M., MacElroy R. D. Manmade Closed Ecological Systems. New York: Taylor and Francis, 2003. 402 p.
  • Wheeler R. M. Agriculture for space: People and places paving the way // Open agriculture, 2017. Vol. 2 (1). P. 14-32.
  • Assessment of the possibility of establishing material cycling in an experimental model of the bio-technical life support system with plant and human wastes included in mass exchange / A. A. Tikhomirov, S. A. Ushakova, V. V. Velichko et al. // J. Acta Astronaut. 2011. Vol. 68. P. 1548-1554.
  • Waste bioregeneration in life support CES: development of soil organic substrate / N. S. Manukovsky, V. S. Kovalev, V. Ye., Rygalov, I. G. Zolotukhin // Advances In Space Research. 1997. Vol. 10. P. 1827-1832.
  • Wenting H., Yidong X., Hong L. A technique for preparing soil-like substrate for bioregenerative life support system // 17th IAA Humans in Space Symposium. Moscow, 2009. P. 53.
  • Пат. 2111939 Российская Федерация, МПК C 05 F 3/08. Способ утилизации отходов жизнедеятельности человека и несъедобной биомассы растений, приводящий к получению из них удобрений / Куденко Ю. А., Павленко Р. А. № 96114242/13 ; заявл. 10.07.96 ; опубл. 27.05.98, Бюл. № 15. 4 с.
  • Nelson M., Dempster W. F., Allen J. P. Integration of lessons from recent research for "Earth to Mars" life support systems // Advances in Space Research. 2008. Vol. 41. P. 675-683.
  • Canadian advanced life support capacities and future directions / M. Bamsey, T. Graham, M. Stasiak et al. // Advances in Space Research, 2009. Vol. 44. P. 151-161.
  • Drysdale A. E., Ewert M. K., Hanford A. J. Life support approaches for Mars missions // Advances in Space Research. 2003. Vol. 31 (1). P. 51-61.
  • Farges B., Poughon L., Creuly C., Cornet J.-F., Dussap C.-G., Lasseur C. Dynamic Aspects and Controllability of the MELiSSA Project: A Bioregenerative System to Provide Life Support in Space // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2008. Vol. 151. P. 686-699.
  • Progress and prospect of research on controlled ecological life support technique / S. S. Guo, R. X. Mao, L. L. Zhang et al. // Reach, 2017. Vol. 6. P. 1-10.
  • Walker J., Granjou C. MELiSSA the minimal biosphere: Human life, waste and refuge in deep space // Futures. 2017. Vol. 92. P. 59-69.
  • Escobar C., Nabity J. Past, present, and future of closed human life support ecosystems -a review // 47th International Conference on Environmental Systems. Charleston, 2017. P. 18.
  • Putnam D. F. Composition and Concentrative Properties of Human Urine. NASA contract report. Washington, 1971. 107 p.
  • Kudenko Yu. A., Gribovskaya I. A., Zolotukchin I. G. Physical-chemical treatment of wastes: A way to close turnover of elements in LSS // Acta Astronautica, 2000. Vol. 46. P. 585-589.
  • Kudenko Yu. A., Gribovskaya I. A., Pavlenko R. A. Mineralization of wastes of human vital activity and plants to be used in a life support system // Acta Astronautica. 1997. Vol. 41. P. 193-196.
  • Подсистема физико-химических реакторов минерализации отходов для биолого-технических систем жизнеобеспечения космического назначения / Е. А. Морозов, С. В. Трифонов, Салтыков М. Ю. и др. // Сибирский журнал науки и технологии. 2017. Т. 18, № 3. С. 585-591.
  • Разработка принципов управления блоком обессоливания для замкнутых систем жизнеобеспечения космического назначения / А. А. Тихомиров, С. В. Трифонов, Е. А. Морозов, А. В. Мурыгин // Сибирский аэрокосмический журнал. 2022. Т. 23, № 3. С. 551-560.
  • Effect of NaCl concentration on productivity and mineral composition of Salicornia europaea as a potential crop for utilization NaCl in LSS / S. A. Ushakova, N. P. Kovaleva, I. V. Gribovskaya et al. // Adv. Space Res. 2005. Vol. 36. (7). P. 1349-1353.
  • Effect of NaCl concentration on productivity and mineral composition of Salicornia europaea as a potential crop for utilization NaCl in LSS / S. A. Ushakova, N. P. Kovaleva, I. V. Gribovskaya et al. // Advances in Space Research. 2005. Vol. 36. P. 1349-1353.
  • Mobley H., Mendz G., Hazell S. Helicobacter pylori: Physiology and Genetics. ASM Press, 2001.626 p.
  • A biological method of including mineralized human liquid and solid wastes into the mass exchange of bio-technical life support systems / S. A. Ushakova, A. A. Tikhomirov, N. A. Tikho-mirova et al. // Advances In Space Research. 2012. Vol. 50, No. 7. P. 932-940. DOI: 10.1016/j.asr.2012.05.023.
  • Автоматическая система контроля концентраций О2 и Н2 в технологических газовых контурах биотехнических систем жизнеобеспечения космического назначения / Е. А. Морозов, Трифонов С. В., Мурыгин А. В. и др. // Сибирский журнал науки и технологии. 2018. Т. 19, № 4. С.691-697.
Еще
Статья научная