Von Dune inspiriertes Upgrade für Raumanzüge ermöglicht Astronauten, Urin in Wasser umzuwandeln

Astronauten müssen sich bei Weltraumspaziergängen bekanntlich in ihren Raumanzügen erleichtern. Dies ist nicht nur unangenehm für den Träger und unhygienisch, sondern auch verschwenderisch, da – anders als das Abwasser an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) – das Wasser im Urin von Weltraumspaziergängen nicht recycelt wird.

Eine Lösung für diese Herausforderungen wären Ganzkörper-„Destillanzüge“ wie die aus der Blockbuster-Reihe Dune, die durch Schwitzen und Urinieren verlorenes Wasser absorbieren, reinigen und zu Trinkwasser recyceln. Jetzt wird dieser Science-Fiction-Ansatz mit dem Prototyp eines neuartigen Urinsammel- und Filtersystems für Raumanzüge bald Wirklichkeit.

Der Entwurf von Forschern der Cornell University wurde veröffentlicht in Grenzen der Weltraumtechnologie.

„Das Design umfasst einen externen Katheter auf Vakuumbasis, der zu einer kombinierten Vorwärts- und Umkehrosmoseeinheit führt und eine kontinuierliche Versorgung mit Trinkwasser mit mehreren Sicherheitsmechanismen gewährleistet, um das Wohlbefinden der Astronauten zu gewährleisten“, sagte Sofia Etlin, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Weill Cornell Medicine und der Cornell University und Erstautorin der Studie.

Konzipiert für kommende Mond- und Marsmissionen

Für 2025 und 2026 plant die NASA die Missionen Artemis II und III, bei denen eine Besatzung den Mond umkreisen bzw. an seinem Südpol landen wird. Diesen Missionen sollen Anfang der 2030er Jahre bemannte Missionen zum Mars folgen.

Astronauten beschweren sich jedoch schon seit langem über den mangelnden Tragekomfort und die mangelnde Hygiene des vorhandenen Maximum Absorbency Garment (MAG) – dem Abfallmanagementsystem herkömmlicher NASA-Raumanzüge – das seit den späten 1970er-Jahren im Einsatz ist und wie eine mehrlagige Erwachsenenwindel aus superabsorbierendem Polymer funktioniert.

„Das MAG ist Berichten zufolge ausgelaufen und hat gesundheitliche Probleme wie Harnwegsinfektionen und Magen-Darm-Beschwerden verursacht. Darüber hinaus steht den Astronauten derzeit nur ein Liter Wasser in den Trinkbeuteln ihrer Anzüge zur Verfügung. Dies reicht nicht für die geplanten, längeren Weltraumspaziergänge auf dem Mond, die zehn Stunden und im Notfall sogar bis zu 24 Stunden dauern können“, sagte Etlin.

Astronauten haben außerdem darum gebeten, dass in künftigen Raumanzügen die zum Befüllen und Entgasen der Trinkbeutel im Anzug benötigte Zeit verkürzt wird und dass ein separater Vorrat an koffeinfreien, energiegeladenen Getränken hinzugefügt wird.

Mit all diesen Zielen im Hinterkopf haben Etlin und seine Kollegen nun ein Gerät zum Auffangen von Urin entwickelt, das aus einem Unterkleid aus mehreren Lagen flexiblem Stoff besteht. Dieses ist mit einem Auffangbecher (mit unterschiedlicher Form und Größe für Frauen und Männer) aus geformtem Silikon verbunden, der um die Genitalien passt.

Die Innenseite des Auffangbechers ist mit Polyester-Mikrofaser oder einer Nylon-Spandex-Mischung ausgekleidet, um den Urin vom Körper weg und zur Innenseite des inneren Bechers zu leiten, von wo aus er von einer Vakuumpumpe abgesaugt wird. Ein RFID-Tag, der mit einem saugfähigen Hydrogel verbunden ist, reagiert auf Feuchtigkeit, indem er die Pumpe aktiviert.

Hightech-Rucksack

Nach dem Auffangen wird der Urin in das Urinfiltersystem umgeleitet, wo er mit einer Effizienz von 87 % durch ein zweistufiges, integriertes Vorwärts- und Umkehrosmosefiltersystem recycelt wird. Dabei wird ein Konzentrationsgradient verwendet, um Wasser aus dem Urin zu entfernen, und eine Pumpe trennt Wasser von Salz.

Das gereinigte Wasser wird dann mit Elektrolyten angereichert und in den Trinkbeutel im Anzug gepumpt, wo es wieder zum Verzehr bereitsteht. Das Sammeln und Reinigen von 500 ml Urin dauert nur fünf Minuten.

Das System, das Steuerpumpen, Sensoren und einen Flüssigkristallbildschirm enthält, wird von einer 20,5-V-Batterie mit einer Kapazität von 40 Amperestunden gespeist. Seine Gesamtgröße beträgt 38 x 23 x 23 cm, bei einem Gewicht von etwa acht Kilogramm: kompakt und leicht genug, um auf dem Rücken eines Raumanzugs getragen zu werden.

Da der Prototyp nun vorliegt, kann das neue Design unter simulierten Bedingungen und anschließend bei echten Weltraumspaziergängen getestet werden.

„Unser System kann unter simulierten Mikrogravitationsbedingungen getestet werden, da die Mikrogravitation der wichtigste Weltraumfaktor ist, den wir berücksichtigen müssen. Diese Tests werden die Funktionalität und Sicherheit des Systems sicherstellen, bevor es in tatsächlichen Weltraummissionen eingesetzt wird“, schloss Dr. Christopher E. Mason, Professor am selben Institut wie Etlin und Hauptautor der Studie.