太空中的“水資源”

沈羨云

水是地球上最寶貴的資源，在航天中也如此，水是維持航天員生命和進(jìn)行正常工作的最基本條件。在短期飛行時(shí)，每名航天員每天的用水量是7.4千克，如果以航天飛機(jī)7名航天員計(jì)算，飛行15天就需要777千克水。長(zhǎng)期飛行中每名航天員每天的用水標(biāo)準(zhǔn)是21.6千克，如果以3名航天員飛行200天計(jì)算，水的供應(yīng)量近13噸。這么多的水完全從地面帶上去是很難實(shí)現(xiàn)和不經(jīng)濟(jì)的，因此，凡是準(zhǔn)備進(jìn)行長(zhǎng)期載人航天的國(guó)家都需要解決這個(gè)問題。解決的唯一辦法就是利用航天飛行中產(chǎn)生的廢水，通過再生式生保系統(tǒng)變廢為寶，成為可以供航天員飲用和使用的水。航天員飛行中產(chǎn)生的汗液，呼出的氣體和排泄出的尿液就成為寶貴的水資源。在俄羅斯的“和平號(hào)”空間站上，曾經(jīng)安裝過一套廢水的再生和凈化裝置，它可以將航天器中的廢水、廢氣和尿液進(jìn)行再生和凈化，成為飲用水和生活用水。但是，這套系統(tǒng)也存在一些問題，美國(guó)宇航局正在進(jìn)行地面和太空實(shí)驗(yàn)，企圖研制更好、更實(shí)用的廢水再生和凈化裝置。

美國(guó)宇航局馬歇爾太空飛行中心的一座樓房?jī)?nèi)，有一間特殊的房間，里面放著一個(gè)與國(guó)際空間站一樣的模擬艙，艙內(nèi)有一個(gè)ECLSS模擬器，以及自行車、劃船器和腳踏車等運(yùn)動(dòng)器材。工作人員正在那里用力地鍛煉，只是為了能夠使自己多出汗，將自己的汗液收集到一個(gè)容器里。他們這么做是為了進(jìn)行一項(xiàng)生保系統(tǒng)設(shè)備的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

這套系統(tǒng)的全稱是再生環(huán)境控制與生命支持系統(tǒng)，或者稱為ECLSS模擬器。這個(gè)系統(tǒng)是由馬歇爾中心美國(guó)宇航局的工程師們負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和改進(jìn)的水再生系統(tǒng)，用途是回收國(guó)際空間站的廢水，其中包括航天員的汗液、呼出氣體中的水蒸氣和尿液，將它們?cè)偕隹娠嬘玫乃﹪?guó)際空間站的航天員們飲用。

參加此實(shí)驗(yàn)的有馬歇爾太空飛行中心的100多名工作人員，他們每天在艙內(nèi)要進(jìn)行1小時(shí)的實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)入到模擬器之前，參與者先穿上統(tǒng)一的白色T恤，拿著一瓶飲用水或飲料，在體重計(jì)上稱重，實(shí)驗(yàn)完后還要稱一下體重，看在這次實(shí)驗(yàn)中出了多少汗和消耗了多少能量。他們?cè)谂搩?nèi)模擬著國(guó)際空間站航天員的日常生活：在運(yùn)動(dòng)器械上用力地活動(dòng)、像航天員在太空一樣的刷牙，用濕毛巾擦臉，男性參與者甚至還刮胡子。實(shí)驗(yàn)中被試者的汗液、呼出的水蒸氣和整夜掛在艙內(nèi)浸滿汗水的衣服和毛巾蒸發(fā)出的水蒸氣都是這次實(shí)驗(yàn)的寶貴材料，被收集到ECLSS模擬器的液體收集裝置內(nèi)。

食物在這次實(shí)驗(yàn)中也扮演一個(gè)重要角色。艙內(nèi)的參與者的微波食物形成了水蒸氣，水蒸氣隨后與通過尿處理器得到的“產(chǎn)品”混合在一起，送到水處理器中處理。工程師們通過最后獲得的水質(zhì)樣品來評(píng)價(jià)水處理系統(tǒng)性能，并確定在水處理過程中消耗品的性能和確定必須多長(zhǎng)時(shí)間來替換它們。通過水處理系統(tǒng)形成的水要比地球上的市政水清潔。如果達(dá)到這個(gè)目的，將可以把這個(gè)系統(tǒng)送到空間站上使用。

2009年，國(guó)際空間站上的航天員將從3人增加到6人，人增加了，原來空間站上的一個(gè)廁所就顯得緊張了。美國(guó)宇航局最近斥資1900萬美元為空間站新增加了一套廁所系統(tǒng)。新廁所不僅可供航天員排泄，還可以將他們的汗液、尿液以及生活廢水等收集起來并處理轉(zhuǎn)化成為純凈水。此廁所由俄羅斯制造，是即將安裝于空間站上的第二個(gè)廁所。這個(gè)新廁所不僅是為了滿足空間站航天員擴(kuò)編，還是空間站新的再生生命支持系統(tǒng)的一部分。它可以將航天員的汗液、尿液以及廢水收集起來并處理轉(zhuǎn)化成為純凈水，用于飲用、做飯、洗澡和生成氧氣。這個(gè)太空廁所可以說是世界上最昂貴最復(fù)雜的廁所，就像在地球建造一個(gè)市政處理中心一樣，是一項(xiàng)很復(fù)雜的工程。最復(fù)雜之處是它要將航天員的尿轉(zhuǎn)化成飲用水，而不是像之前那樣把小便撒向宇宙空間。2008年11月，新廁所已由美國(guó)航天員帶到了國(guó)際空間站的美國(guó)艙段。目前，從尿液儲(chǔ)存容器中回收的水已可以用作其他用途，但是否可以供航天員飲用，還需特水的樣品送回地球，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的純度檢驗(yàn)。

責(zé)任編輯蒲暉