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陈根:在太空站中喝尿?NASA神操作?

根新未来 2023-06-29 10:23 发布于陕西 发文

文/陈根

在太空站喝尿这是怎么回事呢?其实这是很正常事情,就是尿液的再循环使用。这技术听起来好像很简单,但是这项技术实施起来的难度非常大。

其实在以往的短周期任务中,航天员所需的消耗性物资及水可以通过地面与空间往返运输支持,但是在长期载人飞行的空间站中,如果消耗性资源通过地面供给,则会产生巨大的运输及维护费用。因此,在太空的长期性项目中,就必须要对消耗性物质进行回收再生利用,将一些主要的消耗品,比如大气和废水回收再生并加以利用,减少地面后勤的负担,降低运行费用。

在太空之中,水资源非常缺乏,在空间站长期驻留,不可能隔几天就送水上天,所以,空间站采用的再生式环境控制与生命保障系统,要实现废水的闭路循环。那么在废水再生系统中,废水的来源包括二氧化碳还原,降温除湿产生的冷凝水,生活废水及乘员尿液。

尿液含各类有机物和无机物100 多种, 其中, 约占 5 % 的杂质主要是尿素、氯化钠和各类酸。 尿液中有机物、氨氮和盐的含量都很高, 其最主要杂质尿素是不稳定的极性非离子污染物, 处理难度较大。其中最主要的原因是在空间站所处的微重力环境下, 没有流体静压力 、没有重力驱动对流 、没有沉积作用, 液体的定向流动和分离都难以进行。

因此尿液, 是空间站中最难处理的废水,空间站尿液处理技术是国际公认的技术难题,也是我国空间站建造的关键技术之一。这项技术难度有多难呢?我就举个直观的例子,航天技术强国之一的俄罗斯,主要采用渗透膜蒸发技术进行航天员尿液再生处理,但这项技术的处理能力效能不高,所以俄罗斯航天员有时会将尿液装袋,送到美国舱段进行过滤处理,但偶尔美国也会拒绝这一申请,所以俄罗斯航天员的尿液就无法100%被利用。

目前在空间站所处的微重力环境下,空间站尿处理方法主要有蒸馏法 、高级氧化法和生物法。

美国则采用的就是蒸气压缩蒸馏技术(VCD),2009年已经应用到国际空间站中的美国舱段中。与其它水处理系统相比,蒸汽压缩蒸馏过程是一个热自发过程,易于控制;尿液在略高于环境的温度下蒸发, 出水水质好;循环尿液的质量分数( w u) 可达 50 ,水回收率较高,而且其装置具有重量轻、体积小、功耗低的优点。而NASA宣布了这项新技术,这个系统可以将这些废水的转换率提高到98%。这里要给大家说个数据,比如到空间站,或者火星上开展为期两年的任务。每人每天需要最少一加仑(3.8升)的水。

如果航天器有四名船员,那么至少需要大约九吨的水。不仅仅是尿液,包括在太空舱里的呼吸和汗液。如果不加以利用的话,这些尿不仅会变成成吨的尿液,并且长时间会释放出毒性物质,当然还包括给运营增加了难度,还需要经常有物资运送火箭来回运送水和这些排泄物。

NASA最新研发的系统就是将这些排泄物都收集起来,然后进行提纯处理之后转换为饮用水,并且转化率提高到了98%。这意味着这项技术的突破,不仅为太空探索,也为我们实现太空移民的生活水问题提供了解决方案。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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