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航天員如何處理尿液?|美國和俄羅斯走了兩條路,我國怎樣選擇?

分類:特色新工科 發布日期:2022-04-28 發布人:溈徠

中國有句古話,“馬不停蹄,糧不離口”,去年5月,神舟12號載人飛船成功對接天和核心艙,6.8噸物資被送入太空。

該材料由160多個貨包和200多件貨物組成,每個包裹都裝有宇航服、氧化劑、燃燒劑和科學試驗載荷的外艙,其余是航天員的食物和水,軟質水艙內裝有水。

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為航天員準備了120多種菜肴,包括大盤的大盤雞、兔子肉、鮑魚、紅燒牛肉和豬肉,以及魚香肉絲、宮保雞丁和主食,如炒飯、炒面、咖喱飯和什錦炒飯。除了讓航天員們吃得更健康營養之外,這些食物的顏色和形狀都很特別。添加了酸、甜和辛辣的調味品以提高口感,盡管風格和形狀是根據航天需要定制的。


航天員如何處理尿液?|美國和俄羅斯走了兩條路,我國怎樣選擇?(圖2)

事實上,做太空食物是一個不斷妥協的過程,食品不能有碎屑、殘渣或滲入機器和設備中造成災難性的后果,必須犧牲一些味道和口感,但在航天工程副總設計師楊利偉看來,這是一個很大的進步神舟5號官網。

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航天員的水

與固體食物相比,水是最難處理的東西,一個是食物可以壓縮,但不能壓縮;另一個是水遠不如食物容易運輸。美國航天局每年支付給空間站的經費高達1.1萬美元。我國的航天員每天平均飲水量為3L,神舟12號航天員在核心艙內生活了近90天才喝上幾噸水,這對于他們來說無疑是一筆不小的開支,也引發了一系列問題。此外,宇航員們在艙內生活時間長了,體內會積累大量的脂肪和熱量。若長期飲用這種水中會造成肥胖、高血壓等疾病。而且還會導致身體免疫力下降。因此,水回收利用是必然選擇。

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為了回收足夠的水,空間站的方法在地面上的人們眼中近乎“扭曲”,不僅是航天員的汗水、呼吸、沐浴、刷牙,還有他們的尿液。然而,美國航天局最近公布的一份報告卻讓人大吃一驚:太空中的宇航員們幾乎沒有任何時間去沖洗他們身上的污垢。因為他們都會及時地把身體內殘留的水份和污物排出體外。 一般人每天會排出1.6升的尿液,其中95%以上都是水,浪費是可恥的。經過一系列運行,整個空間站的綜合回收率達到了80%以上,基本解決了航天員的飲水問題。

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空間站的水循環系統由空間技術集團的529個工廠操作,該工廠為空間站建造一個水處理組件,負責收集、過濾和消毒。這套組件主要由膜過濾器和RO反滲透膜組成。膜法水處理過程中需要使用純水,但目前國內沒有相關產品供應,只能依靠進口。其中,過濾裝置采用的就是RO反滲透技術,該系統在國內處于領先地位。
利用RO反滲透技術開發出了一套凈水器。其主要優點為:水質好、成本低、使用壽命長等。但是在日常使用過程中,也會出現一些問題。一、濾芯堵塞問題1.原因分析。進水濃度過高。流速過快。一般情況下,水從低濃度流動到高濃度,在壓力作用下從高濃度流動到低濃度,在此期間,通過過濾精度為0.0001微米的RO膜去除雜質,水滿足要求。

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過濾后的水在消毒程序中結束。在國外,一般將經過凈化處理的飲用水直接供用戶飲用或用于其它方面,如:醫療,食品,化妝品等行業,而國內大部分地區仍以自來水作為居民生活用水和工業用水。目前世界上在航天領域普遍采用這兩個消毒方法:美國用于治療甲狀腺疾病的藥物中就有俄國生產的銀離子消毒法(美國);銀離子法因其成本低廉而被廣泛應用;
銀離子發生器由控制器控制工作,產生一定濃度的銀離子。這些銀離子可以直接進入人體或其他組織器官造成危害。銀離子可通過皮膚接觸引起皮膚過敏;也可能會通過呼吸道和消化道吸收而中毒。此外,還能誘發癌癥。銀離子對微生物具有較強的吸附作用,能抑制微生物的呼吸作用,從而達到殺滅微生物的目的。數據顯示,一升水只需要百分之二毫克的銀離子就能殺死大多數細菌。
銀離子釋放器還帶有一個觸發按鈕,通過控制輸出電壓來控制銀離子的銀離子生產速率,以確保在消毒過程中,水處于最佳的狀態,從而獲得最高質量的飲用水。

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除了飲用水,一些凈化后的水將被電離,為航天員的生存提供氧氣。那么電離不需要電?答案是否定的。因為在太空環境下,太陽發出的光不能直接照射到空間設備上。如果沒有足夠多的陽光照射,就會出現光電效應,使設備發熱,影響工作效率。天宮號空間站使用的是最先進的柔性太陽能電池板,可以提供100千瓦的電力,而由美國和俄羅斯領導的國際空間站可以提供高達80千瓦的電能,所以不用擔心電力供應問題。

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不得不說,在俄羅斯宇航員眼中,俄羅斯喝自己的尿液凈化水幾乎是不可想象的,所以在國際空間站上,他們往往會對美國航天員大手大腳,讓他們笑容滿面地接受一切。不過,俄羅斯的做法并不新鮮。上世紀70年代初,俄羅斯就開始研究尿液凈化技術。當時,俄羅斯的研究人員將尿中的鹽分和其他有害物質分離后再加以利用。在俄羅斯航天員看來,如果不加任何處理就直接喝這種飲用水的話,對身體來說絕對有害,甚至可能會危及生命,于是他們向美國提出質疑。后來有報道稱,俄羅斯航天員在2018年4月到2020年12月間,每天喝了約282升尿液,平均每人喝進202升左右的水。據說,一位俄羅斯宇航員開玩笑說:“這里浪費的水足夠快速沖個澡了!”


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