太空中寶貴的“水資源”

馬 冬編譯

水是地球上最寶貴的資源,在太空中也是如此——水是航天員維持生命和進(jìn)行正常工作的最基本的條件。

在短期飛行時,每名航天員每天的用水量是7.4千克左右,如果以每艘航天飛機(jī)有7名航天員計算,飛行15天大約需要777千克水。長期飛行中每名航天員每天的用水標(biāo)準(zhǔn)是21.6千克左右,如果以3名航天員飛行200天計算,水的需求量近13噸。這么多的水完全從地面帶上去是很難實現(xiàn)和很不經(jīng)濟(jì)的,因此,凡是準(zhǔn)備進(jìn)行長期載人航天的國家都需要解決這個問題。解決這一問題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都是寶貴的水資源。在俄羅斯“和平號”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,成為航天員的飲用水和生活用水。但是,這套系統(tǒng)也存在一些問題。美國宇航局正在進(jìn)行地面和太空實驗,希望研制出更好、更實用的廢水再生和凈化裝置。

美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的一座大樓內(nèi),有一間特殊的房間,里面放著一個與國際空間站一樣的模擬艙,艙內(nèi)有一個再生環(huán)境控制與生命支持系統(tǒng),以及自行車、劃船器和腳踏車等運動器材。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容器里。他們這么做是為了進(jìn)行一項生保系統(tǒng)設(shè)備的驗證實驗。

這套再生環(huán)境控制與生命支持系統(tǒng)是由馬歇爾中心美國宇航局的工程師們負(fù)責(zé)設(shè)計和改進(jìn)的水再生系統(tǒng),用途是回收國際空間站的廢水,其中包括航天員的汗液、呼出氣體中的水蒸氣和尿液,將它們再生出可飲用的水,供國際空間站的航天員飲用。

參加此實驗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小時的實驗。在進(jìn)入到模擬艙之前,參與者先穿上統(tǒng)一的白色T恤,拿著一瓶飲用水或飲料,在體重計上稱體重,實驗完后還要稱一下體重,看在這次實驗中出了多少汗和消耗了多少能量。他們在艙內(nèi)模擬國際空間站航天員的日常生活:在運動器械上用力地活動,像航天員在太空中一樣地刷牙,用濕毛巾擦臉,男性參與者甚至還刮胡子。實驗者的汗液、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)出的水蒸氣都是實驗的寶貴材料,被收集到再生環(huán)境控制與生命支持系統(tǒng)的液體收集裝置內(nèi)。

食物在這項實驗中也扮演著一個重要角色。艙內(nèi)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)樣品來評價水處理系統(tǒng)的性能,并確定在水處理過程中消耗品的性能和確定必須多長時間來更換它們。通過水處理系統(tǒng)形成的水要比地球上的市政水清潔,如果能達(dá)到這個目標(biāo),就可以把這套系統(tǒng)送到空間站上使用。

2009年7月,國際空間站上的航天員從6人增加到13人,人增加了,廁所就顯得緊張了。美國宇航局斥資l900萬美元,提前為空間站新增加了一套廁所系統(tǒng)。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轉(zhuǎn)化成為純凈水,用于飲用、做飯、洗澡和生成氧氣。這個太空廁所可以說是世界上最昂貴最復(fù)雜的廁所,就像在地球上建造一個市政處理中心一樣,是一項很復(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。在2008年11月,新廁所就由美國航天員帶到了國際空間站的美國艙段。

目前,從尿液儲存容器中回收的水已經(jīng)可以用作其他用途,但是否可以供航天員飲用,還需將水的樣品送回地球,對其進(jìn)行進(jìn)一步的純度檢驗。

(編輯 孫世奇)