航天服新技术:将尿液转化为饮用水

作者: 刘六七

来源: 把科学带回家

发布日期: 2024-09-13 06:00:58

科学家们研制出了一种新型航天服,能够将宇航员的尿液转化为饮用水,旨在解决宇航员在舱外任务中的饮水和排泄问题。该技术灵感来源于电影《沙丘》中的蒸馏服,通过正向渗透和反向渗透原理实现尿液的净化,回收率可达86.8%。此项技术将在今年秋天进行真人试验,并计划于2030年前应用于月球南极任务。

尿裤子了?没事,这件衣服能把尿液变成饮用水,让你喝个痛快!电影《沙丘》中,有一颗名为“阿拉基斯”的星球,星球表面到处是一望无际的沙漠。为了生存下去,当地原住民研发出一款可以将体液转化为水的“蒸馏衣”,以便在黄沙中长时间行走。最近,科学家们把电影中的情节变为现实,研制出了能够将尿液转化为饮用水的航天服。与科幻故事不同,他们的初衷相当务实,就是希望宇航员在进行舱外任务时,不必为喝水和排泄的事情发愁。

据统计,2021~2023年间,国际空间站共进行了37次舱外任务,每次的平均时间为6小时26分钟。想象一下,哪怕在地球上,6个半小时不能喝水和上厕所都是一项颇具困难的挑战,更何况是在深不可测的太空中。宇航员并非完全不能排泄。当前,他们会在进行舱外任务时穿戴“最大量吸收服”。“最大量吸收服”实际上就是一条成人纸尿裤,最多可以吸收1升尿液和75克粪便。

但“最大量吸收服”经常发生侧漏,轻则导致粪便交叉污染,重则引发肠道不适及尿路感染。

为了让宇航员在执行舱外任务时更加舒适,科学家们研制出了这款特殊航天服。因为灵感来自电影《沙丘》,所以设计者们也将它的尿液净化设备称为“沙丘”系统。“沙丘”系统的一端,是硅胶制成的尿液收集杯。为了贴合生殖器官,男用和女用的杯型设计也有所不同。收集杯内置有湿度感应的真空泵,宇航员一排尿,真空泵就会被激活并将尿液运输到最关键的过滤装置中。

尿液过滤装置运用的是正向渗透和反向渗透原理。在过滤装置中,尿液会先与高浓度盐水发生一次正向渗透,使尿液中的水分进入盐水。接着装置会再让盐水进行一次反向渗透,使水分与盐分分离,最终就得到了可以饮用的纯水。纯水会被一根管道收集进航天服的饮水袋中,在那里,“沙丘”系统会往水中加些电解质,以维持航天员的体液平衡,避免出现脱水和肌肉痉挛等症状。

研究称,这套系统将500毫升尿液转化为纯水只需短短5分钟,回收率可以达到86.8%。其实在国际空间站上,将体液转化为饮用水已经是一项十分成熟的技术。空间站上的“环境控制和生命支持系统”更加精密,不仅可以把尿液的回收率提高至几乎98%,甚至能回收呼吸和出汗时排放到空气中的水分。不过科研人员也坦言,喝下由尿转化而成的饮用水,确实会让一些人感到恶心。

不过他们强调,“宇航员喝的毕竟不是尿,这些经过处理的水,实际上比大多数城市的市政饮用水还干净。”

今年秋天,这款航天服将进入真人试验阶段。科研人员计划在纽约召集100名志愿者,测试“沙丘”系统的舒适性和功能性。设计者希望这款航天服能在2030年前,跟随由美国国家航空航天局主导的“埃尔忒弥斯”计划一起登陆月球南极,助力宇航员完成更加复杂的舱外任务。

诚然,随着人类对太空探索的逐步深入,谁能最大程度地回收和再利用资源,谁就能收获更有保障的研究氛围和成果。不过这可能需要宇航员稍稍克服一下心理障碍,暂时忘掉这些水的源头来自哪里!

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