Каждый килограмм воды, еды, удобрений или строительного материала сначала придется доставить с Земли либо научиться получать на месте. Поэтому одна из самых прозаических инженерных задач будущей лунной базы неожиданно становится фундаментальной: что делать с тем, что человек обычно считает отходами?

В NASA решили начать с воды.

Три потока вместо одной канализации

В Университете Северной Дакоты сейчас испытывают Divergent Deployable Wastewater Treatment Facility, или DDWTF. Установка создана в Космическом центре Кеннеди и размещена внутри мобильной лаборатории размером примерно 2,6 на 7,3 метра. Весной ее перевезли в университетский комплекс Integrated Lunar/Martian Analog Habitat, где моделируются условия длительной жизни вне Земли.

Главное отличие DDWTF от привычной земной канализации заложено уже в слове divergent: разные типы сточных вод здесь стараются не смешивать. Для большого земного города объединение потоков удобно. Но четыре или восемь человек в небольшом космическом поселении создают совсем другую систему. Концентрация солей, твердых веществ, моющих средств и других компонентов оказывается высокой, а каждый поток требует собственного способа обработки.

Поэтому внутри DDWTF работают три биореактора.

Черные стоки, прежде всего фекальные, поступают в анаэробный фототрофный мембранный биореактор APMBR. Его задача не просто уничтожить загрязнение, а получить богатый питательными веществами раствор, который можно использовать при выращивании растений. Поток мочи обрабатывает аэробный мембранный реактор SAMBR. Отдельно существует «серая вода» после гигиенических процедур и стирки. С ней работает мембранный аэрируемый биореактор MABR. В двух последних случаях цель состоит в том, чтобы вернуть воду в цикл и после дополнительной очистки приблизить ее качество к питьевому. Получается почти противоположная земной логика. На Земле задача очистных сооружений обычно начинается со слова «удалить». Здесь она начинается со слова «сохранить».

Туалет как часть системы выращивания пищи

Внутри мобильной установки находится вертикальный гидропонный сад. Растения получают питательный раствор, произведенный в процессе переработки отходов. Это уже важный переход от обычной очистки воды к биорегенеративной системе жизнеобеспечения. Отходы одного процесса становятся исходным материалом для следующего. NASA фотографирует эти эксперименты довольно буднично: небольшие зеленые растения растут на полках внутри лаборатории. Но именно эта картинка, пожалуй, лучше всего объясняет экономику будущего внеземного поселения. Между туалетом и салатом появляется технологическая цепочка.

В Северной Дакоте установка подключена непосредственно к аналоговому жилому модулю через санузел с туалетом, разделяющим потоки. Исследователи хотят проверить систему уже не только на искусственно приготовленных смесях, но и в условиях, приближенных к реальной эксплуатации: с человеческими метаболическими отходами, операторами, техническим обслуживанием и ошибками, неизбежными при длительной работе. Именно здесь начинается самая сложная часть космической инженерии.

Система может прекрасно работать в лаборатории и оказаться бесполезной в поселении, если ее приходится постоянно ремонтировать, если экипаж тратит слишком много времени на обслуживание или если небольшое изменение состава воды нарушает работу биореактора. Поэтому исследователи проверяют не только качество очистки, но и надежность, автономное управление, энергопотребление, безопасность и требования к подготовке экипажа.

От отходов к производству

Однако вода и удобрения могут оказаться только началом.

Параллельно NASA исследует возможность использовать вещества, полученные из переработанных сточных вод, как сырье для биопроизводства. В отдельном проекте микроорганизмы превращают компоненты таких потоков в молочную кислоту. Из нее затем можно получать полимолочную кислоту, PLA, распространенный биополимер.

Для земного читателя PLA знаком прежде всего как пластик для 3D-печати. В лунной архитектуре его рассматривают как возможный полимерный связующий компонент для материала на основе реголита.

Это важное уточнение: нынешняя DDWTF сама еще не печатает детали из человеческих отходов. Производство PLA развивается как отдельное направление. Но обе технологии принадлежат одной логике. Вода после человека снова становится водой. Питательные вещества возвращаются растениям. Органическое сырье потенциально превращается в материал для производства. Цепочка постепенно замыкается.

Почему нельзя просто возить воду с Земли

Современная космонавтика уже умеет возвращать значительную часть воды в оборот. На Международной космической станции вода из воздуха, пота и мочи очищается и используется повторно. Но лунная база ставит перед инженерами другую задачу. МКС находится сравнительно близко к Земле и регулярно получает грузы. Постоянное поселение на Луне должно становиться гораздо менее зависимым от поставок. NASA прямо связывает разработку подобных систем с устойчивым присутствием человека на лунной поверхности и, в перспективе, с пилотируемыми экспедициями на Марс.

Чем дальше человек оказывается от Земли, тем дороже становится линейная экономика «привезти, использовать, выбросить».

На Марсе она практически перестает работать. Поэтому космическое поселение вынуждено быть не уменьшенной копией земного города, а почти замкнутой экосистемой. И в этой системе ценность имеет не только кислород, вода или выращенная еда. Ценность имеет буквально все вещество, которое уже удалось доставить за пределы Земли.

Луна как лаборатория экономики без мусора

В этом смысле DDWTF интересна не столько как отдельная технология NASA. Она показывает, насколько быстро меняется само отношение к ресурсам, когда исчезает возможность вынести пакет за дверь и забыть о нем. На Земле слово «мусор» часто означает лишь то, что дальнейшая переработка вещи экономически невыгодна. На Луне экономика будет другой. Доставленный туда углерод, азот, вода или полимер слишком дороги, чтобы позволить им превратиться в бесполезный остаток.

Отсюда возникает философская инженерная задача: сделать так, чтобы конец одного процесса всегда становился началом другого. Сегодня эта будущая экономика помещается в белом трейлере в Северной Дакоте. Внутри работают биореакторы, растет гидропонная зелень и циркулирует вода, которую обычный человек предпочел бы больше никогда не видеть. Но если люди действительно собираются жить на Луне, им придется освоить довольно простую мысль:

там ничего нельзя просто выбросить.