太空中宝贵的“水资源”

马 冬编译

水是地球上最宝贵的资源,在太空中也是如此——水是航天员维持生命和进行正常工作的最基本的条件。

在短期飞行时,每名航天员每天的用水量是7.4千克左右,如果以每艘航天飞机有7名航天员计算,飞行15天大约需要777千克水。长期飞行中每名航天员每天的用水标准是21.6千克左右,如果以3名航天员飞行200天计算,水的需求量近13吨。这么多的水完全从地面带上去是很难实现和很不经济的,因此,凡是准备进行长期载人航天的国家都需要解决这个问题。解决这一问题的唯一办法就是利用航天飞行中产生的废水,通过再生式生保系统变废为宝,成为可以供航天员饮用和使用的水。

航天员飞行中产生的汗液、呼出的气体和排泄出的尿液都是宝贵的水资源。在俄罗斯“和平号”空间站上,曾经安装过一套废水的再生和净化装置,它可以将航天器中的废水、废气和尿液进行再生和净化,成为航天员的饮用水和生活用水。但是,这套系统也存在一些问题。美国宇航局正在进行地面和太空实验,希望研制出更好、更实用的废水再生和净化装置。

美国宇航局马歇尔太空飞行中心的一座大楼内,有一间特殊的房间,里面放着一个与国际空间站一样的模拟舱,舱内有一个再生环境控制与生命支持系统,以及自行车、划船器和脚踏车等运动器材。工作人员正在那里用力地锻炼,只是为了能够使自己多出汗,将自己的汗液收集到一个容器里。他们这么做是为了进行一项生保系统设备的验证实验。

这套再生环境控制与生命支持系统是由马歇尔中心美国宇航局的工程师们负责设计和改进的水再生系统,用途是回收国际空间站的废水,其中包括航天员的汗液、呼出气体中的水蒸气和尿液,将它们再生出可饮用的水,供国际空间站的航天员饮用。

参加此实验的有马歇尔太空飞行中心的100多名工作人员,他们每天在舱内要进行1小时的实验。在进入到模拟舱之前,参与者先穿上统一的白色T恤,拿着一瓶饮用水或饮料,在体重计上称体重,实验完后还要称一下体重,看在这次实验中出了多少汗和消耗了多少能量。他们在舱内模拟国际空间站航天员的日常生活:在运动器械上用力地活动,像航天员在太空中一样地刷牙,用湿毛巾擦脸,男性参与者甚至还刮胡子。实验者的汗液、呼出的水蒸气和整夜挂在舱内浸满汗水的衣服和毛巾蒸发出的水蒸气都是实验的宝贵材料,被收集到再生环境控制与生命支持系统的液体收集装置内。

食物在这项实验中也扮演着一个重要角色。舱内参与者的微波食物形成了水蒸气,水蒸气随后与通过尿处理器得到的“产品”混合在一起,送到水处理器中处理。工程师们通过最后获得的水质样品来评价水处理系统的性能,并确定在水处理过程中消耗品的性能和确定必须多长时间来更换它们。通过水处理系统形成的水要比地球上的市政水清洁,如果能达到这个目标,就可以把这套系统送到空间站上使用。

2009年7月,国际空间站上的航天员从6人增加到13人,人增加了,厕所就显得紧张了。美国宇航局斥资l900万美元,提前为空间站新增加了一套厕所系统。新厕所不仅是为了满足空间站航天员扩编,还是空间站新的再生生命支持系统的一部分。它可以将航天员的汗液、尿液以及废水收集起来转化成为纯净水,用于饮用、做饭、洗澡和生成氧气。这个太空厕所可以说是世界上最昂贵最复杂的厕所,就像在地球上建造一个市政处理中心一样,是一项很复杂的工程。最复杂之处是它要将航天员的尿转化成饮用水,而不是像之前那样把小便撒向宇宙空间。在2008年11月,新厕所就由美国航天员带到了国际空间站的美国舱段。

目前,从尿液储存容器中回收的水已经可以用作其他用途,但是否可以供航天员饮用,还需将水的样品送回地球,对其进行进一步的纯度检验。

(编辑 孙世奇)