MELiSSA

MELiSSA

MELiSSA(Micro-Ecological Life Support System Alternative)는 장기 우주 임무를 위한 미래 재생 생명 지원 시스템 기술 개발을 목적으로 하는 유럽 우주국(ESA)의 이니셔티브입니다.1989년에 시작된 이 디자인은 지상 생태계에서 영감을 받았습니다.오늘날[when?] MELiSSA는 유럽 전역의 30개 조직으로 구성된 컨소시엄입니다.

생명 유지 개념

인간을 포함한 우주 임무는 생명을 유지하기 위해 필수적인 자원을 필요로 한다.대사 소모품(산소, 식품 및 식수)의 경우 약 5kg/일, 위생수의 경우 약 20kg/일이 필요합니다.임무가 길고 멀수록, 자원을 공급하는 것은 더 어려워지고 비용이 많이 든다.MELiSSA의 목표는 폐기물을 산소, 물, 음식으로 자율적으로 재활용할 수 있는 인공 폐쇄 생태계를 이상적으로 조성하는 것입니다.

MELiSSA 루프

루프는 4개의 컴파트먼트로 구성되어 있으며, 중앙에는 승무원이 있습니다.컴파트먼트는 다음과 같습니다.

  • 액상화 컴파트먼트( 컴파트먼트 1):

이 칸막이는 요소 및 주방 폐기물뿐만 아니라 상급 식물 칸막이의 편집할 수 없는 부분(즉, 짚과 뿌리)과 같은 모든 임무 폐기물의 수집 지점이다.이 구획의 목적은 이 폐기물을 혐기적으로 암모늄, H2, CO2, 휘발성 지방산 및 미네랄로 변환하는 것입니다.생물학적 안전성 및 최적의 열화 효율을 위해 격실은 호열성 조건(55℃)에서 작동한다.이 구획의 분해 과정은 단백질 분해, 당분해 및 셀룰로 분해에 의해 수행됩니다.

  • 광지혈 구획( 구획 2):

이 구획은 액화 구획의 말단 생성물(주로 휘발성 지방산) 제거를 담당합니다.

  • 질화실(실 3):

질화 구획의 주요 기능은 폐기물에서 생성된 NH를 질산염으로 순환시키는4+ 것이다. 질산은 Arthrospira platensis뿐만 아니라 고등 식물에 가장 적합한 질소 공급원이다.이 구획은 각각 NH를 NO로2− 산화시키고4+2− NO를3− NO로 산화시키는 Nitrosomonas와 Nitrobacter의 혼합물로 구성되어 있다.이 구획은 고정 바닥 원자로이기 때문에 유체역학적 요소의 중요성은 조금 더 중요할 뿐만 아니라 더 복잡하다.

  • 포토오토픽 컴파트먼트( 컴파트먼트 4):

네 번째 구획은 두 부분으로 나뉘는데, 시아노박테리아 Arthrospira platensis에 의해 군집화된 조류 구획과 상위 식물 구획입니다.이러한 구획은 산소의 재생과 식량 생산에 필수적입니다.

인공생태계 운영원리

닫힌 생태계는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 인(CHONSP) 등 주요 원소들 사이의 질량 균형으로 생각할 수 있으며, 이 원소들만이 재활용할 질량의 95%를 차지한다.폐기물 원소를 자원으로 변환하는 작업은 승무원이 사용할 수 있으며 물리화학적 또는 생물학적으로 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.Sabatier 반응과 같은 물리화학적 과정은 높은 효율성을 가져오지만 온도와 압력 측면에서 많은 양의 에너지가 필요합니다.생물학적 과정에서는 광합성을 사용하면 효율은 떨어지지만 주위 온도와 압력을 사용할 수 있다.광합성은 식물이 빛 에너지를 설탕과 다른 유기 화합물의 화학 에너지로 바꾸는 과정이다.화학반응은 탄소와 물을 이용하여 대기로 방출되는 산소의 부산물을 이용합니다.MELiSSA는 부분적으로 이러한 광합성 반응에 기초한다: 이산화탄소를 산소로 재활용한다.고급 식물(밀, 쌀, 샐러드 재료)을 사용하여 승무원을 위한 음식을 생산한다.광합성 미생물은 또한 필수적인 단백질 자원으로서 선택된 미생물을 섭취의 일부로 사용할 수 있는 가능성을 가지고 이산화탄소를 산소로 변환하는데 사용될 것이다.

인공생태계의 특징

많은 다른 종의 상호작용에 의해 조절되는 자연 생태계와 달리, 인위적으로 폐쇄된 생태계는 단계 수가 줄어들고 원하는 목표에 도달하기 위해 크기가 조정되고 통제됩니다.그것은 원재료를 유용한 물질로 바꾸는 산업 공정과 유사하다.그러나 한 가지 중요한 차이점은 폐기물(사료 재고 제한)의 거의 100%를 재활용하는 목표이며, 이는 기본적으로 폐쇄 루프 방식으로 MELiSSA를 운영하는 것입니다.

주요 요소에 대해 거의 100%를 달성하는 것은 이론적인 일입니다.자연 생태계와 비교했을 때, 지구조차도 진정으로 폐쇄적인 시스템이 아니다: 매년 수천 톤의 운석 물질이 우주에서 지구로 떨어지는 반면 수천 톤의 수소와 헬륨이 지구 대기를 빠져나간다.게다가, 인위적인 생태계는 본질적으로 역동적이다; MELiSSA는 인간 행동의 변화에 매우 빠르게 반응해야 한다.이를 위해서는 프로세스의 각 단계와 시스템 전체에 대해 개발된 동적 제어 시스템이 필요합니다.

파일럿 플랜트

현재의 MELiSSA 파일럿 플랜트는 바르셀로나 대학(Universitat Aut barcelonanoma de Barcelona)에 위치하고 있으며 2009년에 준공되었습니다.MELiSSA 국제팀이 얻은 결과를 통합하여 테스트하는 곳입니다.파일럿 플랜트 운영의 최종 목표는 지상 조건에서의 MELiSSA 루프 개념의 실현 가능성을 입증, 평가 및 개선하는 것이다.이것에 의해, 우주 애플리케이션의 재생 생명 유지 시스템을 향한 장래의 개발을 이끌 수 있게 된다.

외부 링크