La NASA e il riciclaggio delle urine della stazione spaziale con la stampa 3D

Mentre la produzione additiva (AM) sulla Terra avanza, così fanno anche le possibilità nello spazio. Dobbiamo ancora vedere le stampanti 3D a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) salvare la giornata in un momento dell’Apollo 13. Tuttavia, l’inevitabile della stampa 3D di pezzi di ricambio critici non sembra essere troppo lontana nel futuro. Gli ingegneri della NASA stanno già utilizzando l’AM per creare componenti sostitutivi per la ISS, più recentemente per l’ assemblaggio del processore di urina della Stazione spaziale .

In questo caso, il sistema non è stato riparato utilizzando stampanti 3D a bordo della ISS, ma la fattibilità di un tale scenario è stata messa alla prova quando gli ingegneri per i sistemi di controllo ambientale e supporto vitale (ECLSS) della stazione hanno ridisegnato il gruppo del processore di urina, trasportato in aereo ISS a marzo e installato a settembre.

“L’assemblaggio di distillazione è il cuore dell’assemblaggio del processore di urina”, ha affermato Arthur Brown, vicedirettore dell’integrazione e dello sviluppo ECLSS presso il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, in Alabama. “È il cuore del macchinario che converte l’urina umana in acqua potabile pulita”.

L’Urine Processor Assembly vede l’urina bollita nel gruppo di distillazione e inviata a un processore dell’acqua che la filtra e la purifica chimicamente in acqua utilizzabile, limitando così la necessità, e quindi i costi, che vanno di pari passo con la spedizione di acqua alla ISS dalla Terra. La tecnologia è stata sviluppata per la prima volta per la NASA negli anni ’90 e da allora è stata aggiornata, consentendo ora all’equipaggio di riciclare il 90% dell’acqua di cui ha bisogno sulla stazione.

Un problema che ha continuato a influenzare il sistema è stato quello delle cinghie usurate, necessarie alle trasmissioni a cinghia per tradurre il movimento tra gli elementi hardware e collegare le parti rotanti agli ingranaggi e alle ruote. I nastri sono onnipresenti nel mondo delle macchine e, nel caso del gruppo di distillazione dell’urina, l’esposizione al vapore fa sì che si consumino più rapidamente.

Per prototipare un nuovo progetto di trasmissione a cinghia, il team ECLSS ha lavorato con gli ingegneri del laboratorio Materiali e processi di Marshall, per stampare in 3D possibili opzioni per estendere la vita delle cinghie del sistema. I team hanno stampato in 3D prototipi di pulegge di trasmissione con denti di plastica con una qualità di quasi volo in meno di due settimane prima di esplorare altri aggiornamenti, comprese le riprogettazioni interne delle parti intese a ridurre l’impatto del vapore e del fluido sul sistema di distillazione delle urine.

La puleggia di plastica recentemente ridisegnata e stampata in 3D viene sottoposta a test da parte del team di ingegneri dei sistemi di controllo ambientale e supporto vitale presso il Marshall Space Center della NASA a Huntsville, in Alabama. Immagine per gentile concessione della NASA.

Mentre il precedente assemblaggio di distillazione avrebbe potuto subire guasti alle parti dopo 1.400 ore di utilizzo, i progetti più recenti hanno visto l’aspettativa di vita utile salire a oltre 4.300 ore. Poiché la macchina viene utilizzata solo per diverse ore al giorno, ciò significa che il sistema potrebbe estendersi a più anni.

Le parti di prototipazione per l’assemblaggio del processore di urina sono ovviamente servite per risolvere un problema molto immediato utilizzando la stampa 3D sulla Terra, ma il progetto è servito come prova per quello che potrebbe accadere quando la NASA si imbarca nel suo programma Artemis per l’invio di astronauti sulla Luna nel 2024.

“Mentre viaggiamo più lontano dalla Terra sulle missioni di Artemide verso la Luna e costruiamo verso missioni più lunghe e con equipaggio su Marte, è inevitabile che avremo bisogno di hardware più affidabile e una richiesta ridotta di ricambi”, ha detto Brown. “Anche dalla stazione spaziale, la strada per il più vicino negozio di ferramenta o officina meccanica è lunga.”

Il piano finale è quello di avere pezzi di ricambio per sistemi come il gruppo del processore di urina sostituibili nello spazio stesso, secondo Brown:

“Il nostro primo obiettivo è sempre aumentare l’affidabilità. Se l’hardware non si rompe, è un problema risolto. Ma stiamo anche lavorando per consentire la manutenzione in orbita sostituendo i componenti, dai sensori alle pompe per vuoto, invece di rimuovere interi meccanismi e farne volare di nuovi. Nei sistemi futuri, tutto ciò che è interno è progettato per essere sostituibile individualmente dall’equipaggio “.

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