Operación en Marte

Las fuentes de cada fila están en la página de referencias.

Se reproduce con rwl:

pipx install rwl
rwl size --crew 6 --base early --explain

O mueve la tripulación y la base en vivo en el simulador.

Las tasas de agua gris y basura vienen del documento de valores base de soporte vital de la NASA; las de filtración son las de filtración lenta en arena, 0.1–0.4 m/h; el carbón supone que comida y papel son el 47.5 % de la basura y que la pirólisis lenta deja como carbón el 25 % de su masa seca.

El filtro es chico. Una base de seis personas necesita de dos a ocho columnas del tamaño de la de banco, en paralelo. Eso apunta a módulos: cartuchos sellados iguales que se cambian al gastarse, en vez de un lecho grande que hay que sacar a mano.

El flujo por un lecho empacado sigue la ley de Darcy, y la conductividad hidráulica del lecho es proporcional a g. A 0.37 g la misma columna pasa el 37.7 % de su flujo en la Tierra. Hay dos formas de recuperarlo:

Con la salida drenando libre, el gradiente es (agua encima + lecho) ÷ lecho, así que todo eso tiene que crecer 2.65×, no solo el agua de arriba. Una columna de agua de 1.2 m por cartucho no cabe en un hábitat; cartuchos en paralelo sí. Por eso el diseño agrega área. La conductividad de la propia columna de banco, y el mismo lecho a 0.37 g, salen de una corrida cronometrada con rwl permeability.

La humedad sale de la Tabla 4-28 del BVAD, la energía de pirólisis de Daugaard y Brown, el vapor de NIST. Esas cifras de pirólisis son de madera y residuos agrícolas en un reactor rápido, no de basura de comida en una retorta lenta: dan el orden de magnitud, no un valor de diseño, y no incluyen pérdidas por la pared. Aun así son decenas de watts en promedio, operando por lotes.

Reducción completa, con acetato como donador de electrones:

ClO₄⁻ + CH₃COO⁻ + H⁺ → Cl⁻ + 2 CO₂ + 2 H₂O

Cada perclorato reducido deja un ion cloruro: 1.43–3.56 kg por tonelada de regolito. Diluirlo hasta el límite de sabor de 250 mg/L tomaría 5.7–14.3 m³ de agua por tonelada. En Marte no se puede diluir, así que el enjuague se mantiene chico y la salmuera va a un procesador de salmuera como el que ya se demostró en la ISS para la salmuera de orina.

Un cartucho tamaño banco, con el programa de medios de RWL-001 y contando toda capa mineral como regolito tratado:

rwl cartridge --crew 6

El acetato es el mínimo estequiométrico; las bacterias también gastan donador en crecer. Como escala, el procesador de agua de la ISS depende de lechos de multifiltración desechables que piden unos 472 kg de reabastecimiento al año. Este diseño no reemplaza esos lechos ni afirma alargar su vida en ninguna cantidad medida. Sus propios medios, en masa, se hacen en Marte.

Etapa 1, biorreactor. Cerrado, calentado y anaerobio, trata el regolito por lotes con Azospira suillum PS y Dechloromonas aromatica RCB. El donador se suministra como acetato o lactato hasta que se demuestre uno sacado de los residuos. El regolito tratado se enjuaga para quitarle el cloruro.

Etapa 2, módulos de filtro. Cartuchos sellados con las capas de RWL-001, en paralelo y por gravedad. El efluente va al procesador principal de agua, nunca directo a la tripulación.

Etapa 3, pirólisis. Una retorta cerrada para comida y papel. El carbón va a la etapa 2, los gases se lavan y el calor de la retorta calienta la chaqueta de la etapa 1.

Los flujos están en RWL-003 y la ubicación en RWL-004, en la página de planos.

NASA-STD-3001 Volumen 2, Revisión E.

• Si el calor que rechaza la retorta cubre la chaqueta de la etapa 1, lo que depende de un reactor todavía sin diseñar
• Si el líquido de la pirólisis puede servir como donador de electrones
• El volumen de enjuague que saca el cloruro de los poros del regolito, que no está medido
• La filtración con finos marcianos reales a 0.37 g, que está modelada, no medida