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航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?

分类:特色新工科 发布日期:2022-04-28 发布人:沩徕

中国有句古话,“马不停蹄,粮不离口”,去年5月,神舟12号载人飞船成功对接天和核心舱,6.8吨物资被送入太空。

该材料由160多个货包和200多件货物组成,每个包裹都装有宇航服、氧化剂、燃烧剂和科学试验载荷的外舱,其余是航天员的食物和水,软质水舱内装有水。

航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?(图1)

为航天员准备了120多种菜肴,包括大盘的大盘鸡、兔子肉、鲍鱼、红烧牛肉和猪肉,以及鱼香肉丝、宫保鸡丁和主食,如炒饭、炒面、咖喱饭和什锦炒饭。除了让航天员们吃得更健康营养之外,这些食物的颜色和形状都很特别。添加了酸、甜和辛辣的调味品以提高口感,尽管风格和形状是根据航天需要定制的。


航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?(图2)

事实上,做太空食物是一个不断妥协的过程,食品不能有碎屑、残渣或渗入机器和设备中造成灾难性的后果,必须牺牲一些味道和口感,但在航天工程副总设计师杨利伟看来,这是一个很大的进步神舟5号官网。

航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?(图3)

 

航天员的水

与固体食物相比,水是最难处理的东西,一个是食物可以压缩,但不能压缩;另一个是水远不如食物容易运输。美国航天局每年支付给空间站的经费高达1.1万美元。我国的航天员每天平均饮水量为3L,神舟12号航天员在核心舱内生活了近90天才喝上几吨水,这对于他们来说无疑是一笔不小的开支,也引发了一系列问题。此外,宇航员们在舱内生活时间长了,体内会积累大量的脂肪和热量。若长期饮用这种水中会造成肥胖、高血压等疾病。而且还会导致身体免疫力下降。因此,水回收利用是必然选择。

航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?(图4)


为了回收足够的水,空间站的方法在地面上的人们眼中近乎“扭曲”,不仅是航天员的汗水、呼吸、沐浴、刷牙,还有他们的尿液。然而,美国航天局最近公布的一份报告却让人大吃一惊:太空中的宇航员们几乎没有任何时间去冲洗他们身上的污垢。因为他们都会及时地把身体内残留的水份和污物排出体外。 一般人每天会排出1.6升的尿液,其中95%以上都是水,浪费是可耻的。经过一系列运行,整个空间站的综合回收率达到了80%以上,基本解决了航天员的饮水问题。

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空间站的水循环系统由空间技术集团的529个工厂操作,该工厂为空间站建造一个水处理组件,负责收集、过滤和消毒。这套组件主要由膜过滤器和RO反渗透膜组成。膜法水处理过程中需要使用纯水,但目前国内没有相关产品供应,只能依靠进口。其中,过滤装置采用的就是RO反渗透技术,该系统在国内处于领先地位。
利用RO反渗透技术开发出了一套净水器。其主要优点为:水质好、成本低、使用寿命长等。但是在日常使用过程中,也会出现一些问题。一、滤芯堵塞问题1.原因分析。进水浓度过高。流速过快。一般情况下,水从低浓度流动到高浓度,在压力作用下从高浓度流动到低浓度,在此期间,通过过滤精度为0.0001微米的RO膜去除杂质,水满足要求。

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过滤后的水在消毒程序中结束。在国外,一般将经过净化处理的饮用水直接供用户饮用或用于其它方面,如:医疗,食品,化妆品等行业,而国内大部分地区仍以自来水作为居民生活用水和工业用水。目前世界上在航天领域普遍采用这两个消毒方法:美国用于治疗甲状腺疾病的药物中就有俄国生产的银离子消毒法(美国);银离子法因其成本低廉而被广泛应用;
银离子发生器由控制器控制工作,产生一定浓度的银离子。这些银离子可以直接进入人体或其他组织器官造成危害。银离子可通过皮肤接触引起皮肤过敏;也可能会通过呼吸道和消化道吸收而中毒。此外,还能诱发癌症。银离子对微生物具有较强的吸附作用,能抑制微生物的呼吸作用,从而达到杀灭微生物的目的。数据显示,一升水只需要百分之二毫克的银离子就能杀死大多数细菌。
银离子释放器还带有一个触发按钮,通过控制输出电压来控制银离子的银离子生产速率,以确保在消毒过程中,水处于最佳的状态,从而获得最高质量的饮用水。

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除了饮用水,一些净化后的水将被电离,为航天员的生存提供氧气。那么电离不需要电?答案是否定的。因为在太空环境下,太阳发出的光不能直接照射到空间设备上。如果没有足够多的阳光照射,就会出现光电效应,使设备发热,影响工作效率。天宫号空间站使用的是最先进的柔性太阳能电池板,可以提供100千瓦的电力,而由美国和俄罗斯领导的国际空间站可以提供高达80千瓦的电能,所以不用担心电力供应问题。

航天员如何处理尿液?|美国和俄罗斯走了两条路,我国怎样选择?(图8)


不得不说,在俄罗斯宇航员眼中,俄罗斯喝自己的尿液净化水几乎是不可想象的,所以在国际空间站上,他们往往会对美国航天员大手大脚,让他们笑容满面地接受一切。不过,俄罗斯的做法并不新鲜。上世纪70年代初,俄罗斯就开始研究尿液净化技术。当时,俄罗斯的研究人员将尿中的盐分和其他有害物质分离后再加以利用。在俄罗斯航天员看来,如果不加任何处理就直接喝这种饮用水的话,对身体来说绝对有害,甚至可能会危及生命,于是他们向美国提出质疑。后来有报道称,俄罗斯航天员在2018年4月到2020年12月间,每天喝了约282升尿液,平均每人喝进202升左右的水。据说,一位俄罗斯宇航员开玩笑说:“这里浪费的水足够快速冲个澡了!”


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