@ 2015.07.28 , 12:00

空间站里用尿液提取饮用水

Richard Hollingham 调查发现,国际空间站的厕所能够提供急需的饮用水,但是它平时不工作,除非到它需要工作的时候。

Jennifer Pruitt是美国航空航天局的尿液处理首席工程师。这个职位可能是美国航空航天局,甚至是全世界中最有意思的一个职位。(你真的是这样觉的的吗?)

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“这一头衔是我喜欢这个工作的其中一个原因,”她自豪地说道,“世界上并没有很多人从事懂得这项技术。”

Pruitt在位于阿拉巴马州的亨茨维尔市的马歇尔太空飞行中心工作,负责国际空间站的水回收系统,她的目标是设计出一个最有效的方法从宇航员的尿液中提取饮用水。

尿液中含有95%左右的水(其余部分由人体的化学废弃物组成),所以可以从两个国际空间站的厕所中提取获得大量的水,这样就可以减少从地球上携带饮用水到空间站上的昂贵成本。

在Pruitt的实验室外就布置着一个小小的关于尿液的展览区。装着尿液的广口瓶依次在架子上排列展示:从无比正常的浅黄色,到棕色,再到令人不安的黑色。

复杂的过程

令人不安的是,一个贴着“美国预处理尿液”标签的瓶子中的尿液颜色要比俄罗斯的颜色跟浅。

这说明了什么问题呢?

“这些俄罗斯人的尿液并没有什么问题。他们和正常人一样。”Pruitt向我们保证。事实上,那些黑色的尿液并不是单纯的尿液,而是已经加入了一些处理过程中要用到的一些化学物质的尿液。

“当宇航员使用WC的时候,我们不能让尿液进入系统当中,”Pruitt解释道,“我们必须加入一些额外的化学物质,来防止尿液的分解,以及防止细菌的滋生。”
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这一处理步骤只是美国航空航天局开发的空间站厕所水回收系统复杂过程的第一步。回收的饮用水除了是从尿液回收的之外,还包括了从国际空间站空气中过滤出来的水分——主要是来自是宇航员的汗水。据美国航空航天局估计,平均每位宇航员在长达一年的任务中需要喝下730升来自回收于尿液和汗水的饮用水。

盐的破坏

美国航空航天局也遇到了问题。

虽然汗水的回收工作效果良好,绝大部分的汗水都转变成了饮用水,但是尿液回收系统却没有达到预期的效果。在地球上的实验室中,它的运行效率大约在85%左右,仅仅损失15%的水。但在国际空间站的运行轨道上,只有75%的水被回收。

“在太空中,钙会从宇航员的骨骼中慢慢地析出,之前我们并没有意识到这些钙会去哪里,”Pruitt说到,“我们后来发现许多钙都到尿液中了。

这意味着太空中的宇航员的尿液和工程师们在地面上研究的尿液拥有着不同的化学成分。

“我们发现由于那些没有预料到钙成分,尿液会和预处理过程中的化学物质发生反应,生成硫酸钙,”Pruitt解释道,“一撮撮大颗的盐粒会堵住系统,甚至会让系统停止工作。”

你可以想象和其他五个人一起被困在一个距离地球250英里(400公里)的空间站中,并且还没有厕所使用是多么恐怖的一件事。因为厕所被堵,国际空间站的宇航员就不得不花费更多的时间来维护设备,而且地球方面也不得不花昂贵的代价运送更多的水来。

但Pruitt的团队已经想到了解决方法。通过改变尿液预处理步骤中的化学成分,使得国际空间站中的尿液回收系统变得更有效率。

为了测试最新化学调和物,Pruitt在马歇尔中心的飞机停机棚中搭建了尿液处理器的复制品,在一张桌子上依次铺开。一幅悬挂在屋顶大梁上横幅告诉参观者:这一实验室“从1973年起就维持宇航员生命”。

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压力与蒸馏

作为在国际空间站的尿液处理器的复制品,由一大团让人眼花的管道、水泵和电线构成,它们和一大罐尿液相连。这些尿液已经完成了预处理步骤,所以看上就像一听巨型可乐。伴随着机器的运作声,Pruitt告诉我这一处理器是怎么工作的。

“我们把所有的东西都水平放置,由此重力带来的影响可以忽略不计,”她解释道。“这个水泵有着和人类的食道相同的工作原理,压缩并推动在它周围的液体。”我们看到沿着一根透明的管道,尿液被挤压前行,通往系统中最大的一个圆缸,它和一个家用烤箱一般大小。连接着一根真空泵,可以抽出空气来减轻内部压力。通过降压,液体的沸点也同样降低了。这意味着不需要提供任何热量,水就可以被分离。

蒸馏后残余的液体还将被系统再度循环以提取最多的水分。最终产物是一团浓缩的沉淀物和纯净的饮用水。在太空,这些废弃物将被装进一艘补给舰,在返回地球的过程中在大气层中燃烧殆尽。

“这是最干净的水,”Pruitt说道,“比我们在地球上喝到的任何水都干净。”

不过,在宇航员喝这些超级干净的水之前,为防止细菌滋生,它们还要被进一步加工。这一过程包括添加碘,这使得国际空间站的水带有淡淡的药味。

“这没什么,”Pruitt说道,“习惯了就好。”

再证明新的预处理配方不会造成任何堵塞后,美国航空航天局的工程师们将会在接下来的几个月中推出改良后的尿液饮用水回收系统。人们希望它在太空中回收水的效率将能大幅上升至在地球上的实验室中的水平。

与此同时,Pruitt的团队正在研发新的技术以让处理过程更为高效。

“虽然和尿液打了好几年交道,”她说,“但还是觉的这工作那么的有趣!”

本文译自 BBC,由译者 一夕 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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