美国宇航局继续其太阳系探索的计划,不包括为宇航员在长达数月的任务中携带足够饮用水。相反,美国宇航局将依靠一个水回收系统,该系统不仅回收冷凝水蒸气和宇航员汗液和呼吸产生的微量污染物,还回收尿液。
这项技术已经开发了几十年。但是,将成为美国宇航局国际空间站(ISS)再生环境控制和生命支持系统(ECLSS)一部分的水回收系统,如果想要支持该航天机构重返月球和进一步前往火星的雄心,仍然需要进行多项改进。暂且不提后勤,在航天飞机上运送一公斤(2.2磅)水大约需要5000美元。在更长任务中的成本可能会更高。
为了太空飞行或空间站的目的,水回收系统收集宇航员的尿液和舱内空气中的冷凝水,通过一系列化学处理和过滤,将水分转化为饮用水。第一步是将固体颗粒,如皮肤细胞和毛发从液体中过滤出来。之后,化学溶解污染物,并向液体中添加氧气以氧化微量有机物,以便也可以将其去除。接下来,对液体进行“抛光”,这意味着去除清洁过程中残留的化学物质。最后,加入碘进行微生物控制,就像市政供水部门向城市饮用水中添加氯一样。由此产生的液体被送到一个大型储水箱,可以从中取用饮用水。
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目前,美国宇航局正在开发的水回收系统能够捕获尿液中高达85%的水。加上净化的冷凝水,美国宇航局的科学家能够回收太空任务期间产生的92%的废弃水分。
但是,如果水回收系统要与宇航员一起前往月球或火星,它们必须做得更好。“回收92%的水是伟大的,这在近地轨道上是可持续的水回收量,”美国宇航局在阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的ECLSS中心项目经理鲍勃·巴格迪吉安说。“但是,缺失的8%对于更长的任务来说变得难以承受。”
有三个正在开发中的水回收系统。除了马歇尔设备外,其他设备正在美国宇航局位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德的艾姆斯研究中心和休斯顿的约翰逊航天中心进行测试。最终产品很可能汇集所有三者的最佳部分,将整合一些今天单独完成的流程。最终的回收系统可能会将尿液和冷凝水一起收集,再加上洗衣或淋浴后剩余的水,而不是最初分别处理尿液和冷凝水。(虽然目前国际空间站上没有洗衣机或淋浴,但美国宇航局不排除将它们用于探索任务。)预先稀释尿液可以提高净化过程的效率。
宇航员在航天器上使用的化学物质类型的变化有助于提高水的回收效率。“你必须使用一种你不会很难从水中去除的肥皂,”马歇尔微生物学家和月球和火星等探索任务的生命支持项目经理蒙西·罗曼说。
计划于2008年9月通过航天飞机送往国际空间站的水回收系统将是独立的,这意味着宇航员不必手动启动制造饮用水所需的各种步骤,罗曼说。尽管如此,该系统仍然有很多组件,其中许多组件必须定期更换。“对于系统产生的每100公斤[(220磅)]的水,你必须更换价值八公斤[(17.5磅)]的设备,”巴格迪吉安说。“我们需要在提高水回收率的同时降低这个比率。”
早在60年代末和70年代初,“我们就知道,离开地球的探索将需要水的回收和氧气的回收,”巴格迪吉安说。俄罗斯宇航员自1971年和1986年分别发射的礼炮1号和和平号空间站以来,一直在收集和回收舱内空气系统中的水分。俄罗斯人还做了一些工作,开发出可以通过电解将水转化为气态氢和氧的电解槽。“他们已经将这些技术整合到他们[国际]空间站的一部分中,”他说。
虽然这些都无法让人联想到从山涧流下的冰冷清澈的饮用水的解渴景象,但美国宇航局确实进行了一些盲品测试,比较了回收的饮用水与普通自来水以及添加了碘的自来水。在一到九的等级中,没有一种水的得分高于五分。喝完回收水后最典型的反应是注意到碘的味道。明年将安装在国际空间站上的水回收系统版本将增加一个步骤,将碘从成品中洗掉。
最终,目标是模拟自然界回收尿液和其他人类副产品的方式。“不同之处在于,”罗曼说,“在月球上的空间站里,你会知道你喝的是谁的尿液。”