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太空科学课(九)
——不凡的太空再生水

2022-12-06太空熊猫君

百科探秘·航空航天 2022年11期
关键词:亚平浮力航天员

文/太空熊猫君

在中国空间站首次太空授课中,通过天地连线,地面上的同学们和航天员打起了“视频电话”,同学们五花八门的问题都得到了航天员老师的解答。前两期,我们了解了中国空间站的结构和太空转身的问题,今天我们继续来看看同学们还提出了什么有趣的问题吧。

有位来自香港的同学向航天员提出了一个很多人关心的问题:“你们在天上的生活用水可以循环使用吗?”对此,王亚平给出了肯定的回答。带到空间站的水仅够航天员们用一周,之后用的水就都是处理过的再生水了。言毕,王亚平展示了再生水——她拿来一个顶部中央插有吸管的透明方形水囊,这里面装的就是再生的饮用水。王亚平还从水囊中挤出几个水球,并把它们一口吞下,引得同学们哈哈大笑。王亚平介绍,中国空间站里有一整套的水再生处理系统,能够满足他们的生活用水需求,再生水喝起来和普通的饮用水没什么区别。

水的重要性不言而喻,那空间站里要准备多少水才够用?每名航天员每天大概会饮用2 千克水,3名航天员在轨工作6 个月就至少需要消耗1080 千克的饮用水。而航天员清洁身体也需要水,空间站中的氧气也是由水来提供,所以实际耗水量会更大。虽然我们的天舟货运飞船会为空间站提供水资源,但是因为货运飞船补给的成本很高,空间站也无法提供大量的空间来存储水,所以太空中的水再生处理系统已然是空间站的标配了。

航天器里的再生水来源包含收集空气中的水蒸气、洗漱用过的废水以及航天员的尿液。通过净化处理,这些液体都能达到可以再利用的标准。

对尿液的再生处理技术可是各国航天综合实力的体现哟。像国际空间站的美国舱段,尿液再生处理技术采用的是蒸汽压缩蒸馏技术,回收率高,出水质量好,功耗还低;而俄罗斯的空间站采用的则是渗透膜蒸发技术;中国空间站采用的也是蒸汽压缩蒸馏技术,这套技术由中国航天科工二院206 所研制,尿液经过预处理后再蒸发、冷凝,得到的蒸馏水还会被深度净化,以得到符合标准的再生水。也许你会想:那航天员岂不是在喝自己的尿液吗?某种程度上来说是这样的,但是再生水的品质很可能比我们平时用的水还要好,唯一要克服的只是心理障碍而已。根据公开资料显示,中国空间站配备的尿液处理系统可以从6 升尿液中处理出5 升再生水,总利用率可以达到80%以上。

让我们回到天宫课堂,接下来的实验更神奇。王亚平和地面听课的同学面前都摆放着一杯水和一个乒乓球,地面上的同学将乒乓球放入水中,乒乓球自然地漂浮起来,而王亚平将乒乓球放入水中之后,乒乓球居然可以老老实实地停留在水中,完全不会上浮。甚至当王亚平将水杯拿起来让它自由旋转时,不仅水没有洒出来,连乒乓球也没有浮起来,这引来同学们的一片惊呼。

水不会洒出来很好理解,因为太空中没有重力。那么为什么乒乓球不会浮起来呢?这就涉及浮力的产生原因。浮力现象在地面上非常常见,江河湖海上行驶的轮船、菜汤上漂浮的油花,都是因为浮力作用才会漂浮在水面上。一种液体因为自身具有质量,在重力的作用下内部会产生压力。以水为例,物体处于水中越深的区域,所受到的压力就会越大,所以处于水中的物体上方和下方表面受到的压力不同,就会形成一个压力差,这个压力差会形成一个作用力——当浮力大于物体所受的重力时,物体就会上浮,反之就会下沉。而在太空中,水杯中的乒乓球既没有受到水的压力,也没有受到重力,所以就只会停留在水中不动了。

太空中关于水的神奇现象还有不少,王亚平接下来要为我们演示的是水膜张力实验。这个实验我们并不陌生,之前的天宫课堂中就展示过,但是这次又有什么新鲜有趣的玩法?其中又蕴含着什么原理?我们下期揭晓。

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