Efektivní kosmické fotobioreaktory pro výrobu kyslíku a potravin
Zajistit soběstačnost posádek ve vesmíru je jedna ze současných výzev. K jejímu řešení přispěje experiment METRO, který bude zkoumat řízení přenosu plynů v mikrogravitaci pro efektivní dlouhodobý provoz kosmických fotobioreaktorů. Ty by mohly v budoucnu zajistit astronautům nepřetržitou výrobu kyslíku a potravin z oxidu uhličitého a vody.
Hlubší vysvětlení experimentu a jeho cíl
Cílem experimentu METRO (MEtabolic gases TRansfer for Optimised algae growth) je porozumět procesům v mikrogravitaci tak, aby vědci mohli navrhnout fotobioreaktor pro použití ve vesmíru, který by byl základem bioregenerativního systému. Bioregenerativní systémy podpory života představují revoluční přístup k dlouhodobým vesmírným misím, protože využívají živé organismy jako řasy, rostliny a mikroorganismy k recyklaci odpadních látek posádky, produkci kyslíku a potravy a pohlcování oxidu uhličitého, což je základem udržitelného ekosystému vesmírné lodi či stanice.
Klíčovou součástí bioregenerativního systému je fotobioreaktor – speciální zařízení, ve kterém řasy díky světlu fotosyntetizují a přeměňují oxid uhličitý na kyslík a biomasu. Přestože návrh a provoz takového zařízení je v pozemských podmínkách dobře prostudován, některé inženýrské aspekty kosmických fotobioreaktorů zůstávají dosud téměř neprobádané. V mikrogravitaci („beztížném stavu“) se totiž zásadně mění chování kapalin, například formování bublin a jejich pohyb v reaktoru, což výrazně ovlivňuje efektivitu přenosu plynů mezi kultivačním médiem a atmosférou. To má zásadní vliv na rychlost růstu řas a tím i možnou škálovatelnost kosmických fotobioreaktorů až do podoby bioregenerativních systémů.
Jak to funguje a jak bude experiment probíhat?
Experiment METRO se zaměří právě na tyto jevy. Bude sledovat chování kapalné fáze (kultivační médium s řasami) a plynné fáze (atmosféra ISS), transport kyslíku a oxidu uhličitého mezi nimi a dynamiku růstu řas v prostředí mikrogravitace (beztíže). Získaná data umožní návrh budoucích fotobioreaktorů, které v hlubokém vesmíru zajistí soběstačnost posádek. Díky nim bude možné navrhnout zařízení s optimálním tvarem a systémem vnitřních toků, jež udrží stabilní fotosyntetickou aktivitu řas, a tím spolehlivě zajistí produkci kyslíku a recyklaci oxidu uhličitého na palubě vesmírných lodí mířících k Měsíci, Marsu i dále. Experiment pro své provedení využije na ISS platformu ICE Cubes.
Přehled institucí stojících za experimentem
- České vysoké učení technické v Praze (realizace, „prime contractor“)
- Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i. (vědecká náplň experimentu)
- esc Aerospace s.r.o. (elektronika, software)
- Serenity Valley Technologies s.r.o. (management projektu)
Hlavní zástupci řešitelského týmu
doc. Mgr. Jaroslav Kousal, Ph.D.: České vysoké učení technické v Praze:
Jaroslav Kousal působí jako docent na Fakultě strojní Českého vysokého učení technického v Praze a na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Vzděláním je fyzik v oblasti materiálové vědy, nízkoteplotního plazmatu a nanotechnologií. Doktorát získal roku 2006 na MFF UK. Na Ústavu letadlové techniky FS ČVUT se od roku 2015 věnuje kosmické technice po stránce rozvoje specializační výuky i prakticky. V této oblasti se zabývá problémy spojenými s vlivy kosmického prostředí na konstrukční materiály, s pohony a trajektoriemi družic. Podílí se i na kosmických projektech a studiích pro ESA.
Ing. Irena Brányiková, Ph.D.Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.
Irena Brányiková vede Výzkumnou skupinu řasové a mikrobiální biotechnologie na Ústavu chemických procesů AV ČR, v rámci Oddělení chemického inženýrství. Doktorát získala v roce 2010 na VŠCHT v Praze. Profesní zkušenosti čerpá ze soukromého i veřejného sektoru, kde se dlouhodobě zaměřuje na propojení základního a aplikovaného výzkumu v oblasti řasové biotechnologie. Spolupracuje s českými i zahraničními institucemi a průmyslovými partnery. Její výzkum se zaměřuje především na využití mikroskopických řas v potravinářství, ochraně životního prostředí a valorizaci odpadních proudů. Uplatňuje přitom multidisciplinární přístup, který propojuje biologii, chemické inženýrství a technologické procesy.
Ing. Petr Suchánek, esc Aerospace s.r.o.
Petr Suchánek je ředitel společnosti esc Aerospace s.r.o. Již více než 25 let se věnuje konstrukcím elektronických systémů. Od roku 2009 se zapojil do kosmického průmyslu jako tester, elektrotechnik a programátor. Zkušenosti nabyté na technických pozicích nyní zúročuje ve vedení společnosti. Podílí se i na vedení projektů včetně účastí na projektech a misích Evropské kosmické agentury, kde esc Aerospace dodává letový hardware a software.
Mgr. Lukáš Krincvaj, Serenity Valley Technologies s.r.o.
Lukáš Krincvaj je zkušený projektový manažer s mnohaletou praxí napříč různými obory jako je marketing, vývoj SW, automobilový nebo aerospace průmysl. Během své kariéry vedl řadu komplexních mezinárodních projektů pro firmy jako Škoda Auto, Microsoft, IKEA, Coca-Cola, esc Aerospace či Nestlé, a kromě Česka pracoval také v USA nebo Indii. Už během studií pomáhal s popularizací české vědy na Fyzikálním ústavu AV ČR a v CERNu. Je držitelem řady mezinárodních manažerských certifikací a má praktickou zkušenost s projekty dle standardů ESA.
