Mindennapi életünk elkerülhetetlen velejárója a szemét keletkezése. Ez vonatkozik a világűrben, például a Nemzetközi Űrállomáson tartózkodó emberek hétköznapjaira is, hiszen a Földünk körül keringő laboratóriumban a különböző tevékenységek során különféle hulladék keletkezik. Az űrben keletkező szemét magába foglalja az élelmiszer-csomagolást, a ruházatot, a higiéniai cikkeket, az el nem fogyasztott ételeket, a különböző karbantartási eszközöket és egyéb más hulladékokat. Jelenleg az ISS személyzete a szemetet az űrállomás fedélzetén tárolja, amíg be nem rakodják egy, az állomást rendszeresen látogató utánpótlás-szállító űrhajóba, mint a Cygnus és a Progressz. Ezek az űrhajók a légkörbe való visszatéréskor a szeméttel együtt elégnek.
Az űrhajósok által termelt hulladék számos problémát jelent. Egy 4 főből álló személyzet egy év alatt körülbelül 2600 kg hulladékot termelhet, amelyet hosszabb-rövidebb ideig helyben kell tárolni.
Az Orbital Syngas Commodity Augmentation Reactor (Oscar). – Kép forrása: NASA/Amber Jean Watson
A NASA floridai Kennedy Űrközpontjának kutatói ennek a problémának a megoldására kezdték el kifejleszteni 2018-ban az OSCAR-t (Orbital Syngas/Commodity Augmentation Reactor). Ez egy olyan tesztberendezés, amelyet szilárd szemét gázzá alakítására terveztek, ennek az eszköznek a segítségével tesztelik a „szemetet gázzá” koncepció megvalósíthatóságát a mikrogravitációban. Az OSCAR termikus folyamatok segítségével alakítja át a szemetet szintetikus gáznak vagy szingáznak nevezett gázkeverékké, amely többek között szén-dioxidot, szén-monoxidot, vízgőzt és metánt tartalmaz. Az űrhajósok ezeket az előállított gázokat potenciálisan felhasználhatják utánpótlásként, vagy a küldetés során kiereszthetik őket az űreszközből, hogy csökkentsék annak tömegét. Az OSCAR és a „trash-to-gas” egyike a NASA által vizsgált számos lehetséges megoldásnak, amelyekkel az űrhajósok által termelt hulladékot a jövőbeni küldetések során csökkenteni, újrafelhasználni és újrahasznosítani lehet.
David Rinderknecht vegyészmérnök (balra) és Malay Shah termikus/folyadékelemző mérnök 2021. január 26-án a NASA floridai Kennedy Űrközpontjában az OSCAR termikus tesztelésére készül. – Kép forrása: NASA/Isaac Watson
Működési elv
Az OSCAR a kísérletek során oxigént, hőt és szemetet kombinál egy reaktorban, ahol a szemét meggyullad, majd örvénylő mozgással keringeti, miközben a hulladék gázzá alakul. Az OSCAR összegyűjti és kondenzálja a reaktorban keletkező gázokat, hogy tárolhassák és később elemezhessék azokat. Az egyéb égéstermékek, például a hamu és a víz szintén a rendszerben maradnak, így ezek is tanulmányozhatók.
Az OSCAR egy automatizált rendszer, amely emberi beavatkozás nélkül képes végigfuttatni az összes szükséges műveletet, miközben adatokat gyűjt. Ez által meghatározhatóvá válik a leghatékonyabb termikus folyamat a szemét gázzá történő alakítására.
Az OSCAR az NS-12 szuborbitális repülés során 2019. december 11-én. – Kép forrása: NASA
Az űrkutatás évtizedei bebizonyították, hogy számos fizikai folyamat másképp működik a mikrogravitációban, mint a Földön, így van ez az égés és a konvekció esetében is. A Földön azonban nehéz mikrogravitációs körülményeket teremteni. A NASA ohiói Glenn Kutatóközpontjában található Zero Gravity Facility-ben alig több mint öt másodperc mikrogravitáció eléréséhez a kísérleteket 132 méterről kell leejteni, majd biztonságosan meg kell állítani úgy, hogy a hasznos teher ne sérüljön. Ez a néhány másodperc elegendő volt ahhoz, hogy a kutatók meggyőződjenek arról, hogy a rendszer számos alapvető eleme működik. Az első szuborbitális repülésen, melyet a Blue Origin New Shepard-12 (NS-12) küldetése során végeztek el 2019. december 11-én, az OSCAR körülbelül három percig működött mikrogravitációban, és sikeresen alakította át a szemetet gázzá. Ezekhez a kezdeti tesztekhez az OSCAR egy laboratóriumban létrehozott szimulánst használt, amely nagy mértékben hasonlít az űrhajósok által termelt hulladékhoz. A repülés eredményeit felhasználva tanulmányozták a gravitációval és a gravitáció nélküli tesztelés közötti különbségeket.
Az Orbital Syngas Commodity Augmentation Reactor (OSCAR) utolsó földi tesztjei 2021 júliusában, a NASA floridai Kennedy Űrközpontjában. – Kép forrása: NASA/Amber Jean Watson
A szemét jobb kezelésének megtalálása csökkentheti az űrbe indított teljes tömeget, ez által hatékonyabbá teheti a repülés közbeni manővereket, vagy épp jobban kihasználható a rakéta hasznos terhének maximuma, és a hasznos élettér nagysága is bővíthető. A hulladék hatékony kezelése javíthatja a személyzet kényelmét és biztonságát is, mivel csökkentheti az olyan problémákat, mint a szeméttel kapcsolatos kellemetlen szagok és a potenciális veszélyek – pl. a hulladékban lévő biológiai anyagokból eredő egészségügyi kockázatok, vagy akár az eldobott anyagokból eredő fizikai veszélyek. A berendezés a későbbiekben nagy mértékben megkönnyítheti mélyűri, hosszú időtartamú emberes űrrepüléseket is.