I Fremen che abitano il duro mondo desertico di Arrakis in Dune di Frank Herbert devono affidarsi a una “tuta distillante” integrale per la loro sopravvivenza, che ricicla il sudore e l’urina assorbiti in acqua potabile.
Ora la fantascienza è sul punto di diventare realtà scientifica: i ricercatori della Cornell University hanno progettato un prototipo di tuta distillante per astronauti che riciclerà la loro urina in acqua potabile durante le passeggiate spaziali.
La tuta distillante per astronauti che riciclerà la loro urina in acqua potabile
Herbert ha fornito dettagli specifici sul design della tuta distillante quando il planetologo Liet Kynes ha spiegato la tecnologia al Duca Leto Atreides I:
È fondamentalmente un sistema di filtro e scambio termico ad alta efficienza della tuta distillante. Lo strato a contatto con la pelle è poroso. Il sudore lo attraversa, dopo aver raffreddato il corpo, un processo di evaporazione quasi normale. I due strati successivi includono filamenti di scambio termico e precipitatori di sale.
Il sale viene recuperato dalla tuta distillante. I movimenti del corpo, in particolare la respirazione e un po’ di azione osmotica forniscono la forza di pompaggio. L’acqua recuperata circola verso le tasche di raccolta da cui la si aspira attraverso questo tubo nella clip al collo.
L’urina e le feci vengono elaborate nei cuscinetti delle cosce. Nel deserto aperto, si indossa questo filtro sul viso, questo tubo nelle narici con questi tappi per garantire una tenuta aderente. Si inspira attraverso il filtro della bocca, si espira attraverso il tubo del naso. Con una tuta Fremen in buone condizioni di funzionamento, non si perde più di un ditale di umidità al giorno.
La tuta distillante è la soluzione ideale per le lunghe escursioni spaziali
L’Illustrated Dune Encyclopedia ha interpretato la tuta distillante come qualcosa di simile a una tuta hazmat, senza la copertura completa del viso. Nel film del 1984 di David Lynch, Dune, le tute distillanti erano organiche e molto aderenti rispetto alla descrizione del libro, quasi come una seconda pelle.
La tuta distillante negli adattamenti cinematografici più recenti di Denis Villeneuve ( Dune Parte 1 e Parte 2 ) hanno cercato di attenersi più da vicino al materiale di partenza, con “micro-sandwich” di fibre acriliche e cotone poroso e tubi incorporati per una migliore flessibilità.
Il team di Cornell non è il primo a provare a costruire una tuta distillante pratica. La Hacksmith Industries ha realizzato una “costruzione in un giorno” di una tuta distillante nel giugno 2024, dopo aver affrontato in precedenza l’ascia Stormbreaker di Thor, lo scudo elettromagnetico di Capitan America e una spada laser alimentata al plasma, tra gli altri progetti. Il team di Hacksmith ha eliminato gli aspettipoco gradevoli del riciclaggio di urina e feci e si è concentrato sul riciclaggio di sudore e umidità dal respiro.
La loro versione consiste in una tuta distillante impermeabile larga (sostituita da una tuta più aderente nella versione finale) con uno scambiatore di calore alimentato a batteria nella parte posteriore. L’umidità si condensa sulla superficie della tuta e gocciola in una bottiglia attaccata a una sacca CamelBak.
C’è una maschera filtrante attaccata a un tubo che consente a chi la indossa di respirare aria filtrata e l’aria espirata viene reindirizzata al condensatore in modo che il contenuto di acqua possa essere raccolto nella sacca CamelBak e quindi rimandato alla maschera in modo che l’utente possa berlo.
Non è nemmeno lontanamente vicina al raggiungimento del ditale al giorno dichiarato da Herbert in termini di efficienza poiché ricicla principalmente l’umidità dal sudore sulla schiena di chi la indossa, ma ha funzionato.
Gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) hanno effettuato circa 269 passeggiate spaziali dal lancio della ISS nel 1998, durando solitamente circa sei ore, con la più lunga di quasi nove ore. L’ ISS ha un sistema di trattamento delle acque per il riciclaggio delle acque reflue, in grado di riciclare fino al 98 percento di tutta l’acqua utilizzata dagli astronauti a bordo, sebbene le membrane utilizzate possano sporcarsi e contaminarsi nel tempo.
Gli astronauti devono però liberarsi all’interno delle loro tute spaziali durante le passeggiate spaziali e tali rifiuti non vengono riciclati. Indossano un pannolino monouso per adulti per raccogliere urina e feci, tecnicamente chiamato Maximum Absorbency Garment (MAG) durante le passeggiate spaziali, e un In-suit Drink Bag (IDB) fornisce acqua potabile.
Per le missioni Artemis II e III pianificate dalla NASA, un equipaggio orbiterà attorno alla Luna e atterrerà sul suo polo sud in preparazione per le missioni con equipaggio pianificate su Marte negli anni ’30. Tali missioni richiederanno passeggiate spaziali lunari molto più lunghe, da qui l’attenzione nel trovare nuove soluzioni.
Gli astronauti hanno storicamente detestato indossare il MAG, spesso limitando la quantità di cibo che mangiano prima delle passeggiate spaziali per evitarlo, il che riduce la loro efficienza lavorativa durante le passeggiate spaziali fisicamente impegnative e non fa bene alla loro salute. Gli astronauti preferirebbero anche non passare troppo tempo a riempire e degassare gli IDB.
“Si dice che il MAG abbia perso acqua e abbia causato problemi di salute come infezioni del tratto urinario e disturbi gastrointestinali“, ha affermato la co-autrice Sofia Etlin, ricercatrice presso la Weill Cornell Medicine/Cornell University.
“Inoltre, gli astronauti hanno attualmente a disposizione solo un litro di acqua nelle loro sacche per bevande all’interno della tuta. Questo non è sufficiente per le passeggiate spaziali lunari pianificate e più durature, che possono durare 10 ore e persino fino a 24 ore in caso di emergenza“. Quindi Etlin e i suoi co-autori hanno iniziato a progettare un prototipo di sistema ispirato alla tuta distillante di Herbert.
Nel nuovo sistema, il MAG è stato sostituito con un dispositivo di raccolta delle urine (UCD) che raccoglie l’urina tramite un catetere esterno subito dopo che è stata espulsa dal corpo, contenente le feci separatamente per evitare qualsiasi contaminazione incrociata.
Questo UCD è costituito da più strati di tessuto flessibile e si collega a una tazza di raccolta in silicone stampato progettata per adattarsi ai genitali. Ci sono diverse forme e dimensioni per astronauti maschi e femmine. La tazza è rivestita con microfibra di poliestere progettata per allontanare l’urina dal corpo.
Una pompa a vuoto sulla faccia interna della tazza aspira quindi l’urina e la invia al sistema di filtrazione dell’urina (UFS). La pompa viene attivata tramite un tag RFID collegato a un idrogel assorbente che reagisce all’umidità.
Il sistema di filtrazione combina l’osmosi diretta e inversa per rimuovere i contaminanti dall’urina con un’efficienza dell’87 percento, filtrandola in acqua potabile. Gli elettroliti vengono quindi aggiunti all’acqua riciclata tramite una polvere aromatizzata e pompati nell’IDB per il consumo. L’intero processo dura circa cinque minuti per 500 ml di urina.
Conclusioni
Il sistema pesa circa 8 kg e può essere indossato come uno zaino: “Riteniamo che il maggiore comfort e l’efficienza delle risorse forniti dal sistema compenseranno ampiamente il volume leggermente aumentato”, hanno dichiarato gli autori. Il passo successivo sarà testare il prototipo della tuta distillante in condizioni di microgravità simulata per garantire che sia sia funzionale che sicuro, seguito da test durante vere e proprie passeggiate spaziali.
Il nuovo studio è stato pubblicato sulla rivista Frontiers in Space Technologies.
