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航天员在国际空间站喝尿?太空水循环控制生命保障处理器科普知识 #航天员在太空 #宇航员 #科技 #国际空间站 #水处理设备 在太空中,水是维持生命最基础也最沉重的物资。为了摆脱对地球昂贵补给的依赖,国际空间站(ISS)部署了一套世界上最精密、最极致的生命保障系统——环境控制和生命保障系统(ECLSS)。这套系统的核心逻辑听起来挑战心理极限,但在工程学上却堪称艺术:通过将宇航员排出的尿液、汗液、甚至呼吸出的水汽进行彻底净化,实现水分的闭环利用。 1. 在空间站,每一滴离开人体的水分都不会被浪费。水循环的起点涵盖了所有可能的废水来源:宇航员的尿液、洗澡后的擦澡水、高强度运动排出的汗液,以及呼吸过程中冷凝在空气中的水汽。这些废水会被送往水回收系统(WRS)。 尿液的处理是其中最艰巨的任务。由于微重力环境下液体不会自动沉降,尿液处理器(UPA)必须通过高速旋转产生离心力,模拟“人工重力”进行真空蒸馏。蒸馏出的水分被收集,而剩下的高浓度废渣则交给卤水处理器(BPA)。2023年,NASA宣布通过BPA技术,空间站的水回收率达到了惊人的98%,这意味着即便是在最难处理的尿液残渣中,科学家也能“压榨”出最后一滴水。 2. 比地球自来水更纯净的“再生水” 很多人担心“喝尿”的安全与口感,但事实恰恰相反。空间站处理后的水质远超地球上大多数城市的自来水。 废水在进入饮用桶前,需经历数道严苛的关卡: 多级过滤与吸附:利用离子交换和活性炭去除重金属和有机污染物。 催化氧化:在高温下通过化学反应分解微量杂质。 杀菌与矿化:加入碘或银离子抑制细菌生长,并添加少量矿物质以调节口感。 最终产出的 $H_2O$ 纯度极高,无色无味,且每一滴都经过地面指挥中心的实时监控。 3. 为什么必须如此“吝啬”? 这种极致回收并非出于怪癖,而是严酷的经济账和生存逻辑。 昂贵的运费:即便使用SpaceX的猎鹰9号火箭,将1公斤物资送上天的成本仍需数千美元。若全靠补给,7名宇航员一年约8吨的用水量将产生天文数字般的开销。 深空探测的基石:如果人类未来要前往火星,单程耗时达数月,飞船无法承载往返全程所需的全部淡水。只有掌握了这种“点尿成水”的技术,人类才真正拥有了走出地月系的入场券。 有趣的是,由于人体在代谢食物时会产生“代谢水”,加上从地球运来的含水食物补给,空间站的水账本在高效回收下甚至能实现“盈余”。这些多余的水会被电解产生氧气,供宇航员呼吸。
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