太空之旅水问题黄理军
太空之旅水问题黄理军                              Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
太空之旅水问题
当我们在地面上随意哗哗用水的时候，你可想到宇航员在太空用水的情景宇航员职业令人神往，有幸进入太空遨游一番的人，至今只占人类的亿分之几。他们在太空见到的最美丽的景致，恐怕就是他们时刻恋着的故乡-地球，那个比月亮大许多倍，翡翠般的圆面，人们都爱这颗“水球”。水是生命之源，人可以几日不食，却不可以一日无水。然而宇航员进入太空，水问题是如何解决的呢
首先是水源问题。飞船生命保障分系统中最为重要的是供水系统，它的主要任务是供给航天员生活用水。水从哪里来飞船内的供水系统是采用多种方法解决的，水的来源有三个途径：第一是带去。如果飞船飞行时间较短的，宇航员用水的来源主要是直接携带。但带去麻烦，不容易，而且用不了多久。由于载人飞船发射费用昂贵，约1万美元／千克，而一个航天员每天需要消耗水2500毫升，迄今为止，美国和俄罗斯都采用这一方法，这样更加方便安全食用。通常航天器发射时携带的水储存在严格消毒后的玻璃或金属罐中，每个水罐的容量不大，以避免剩水变质和浪费。但是航天器所能携带的水毕竟有限，因为带多了就会增加航天器的有效载荷，使火箭的发射重量成倍增加，何况带得再多，也不能保证宇航员长时间飞行的需要。但如果要在太空长期居住，用这种方法不行，恐怕飞船内要闹水荒了。
宇航员用水的第二个来源是自产。如何产方法主要有：化学法，生物法。未来空间站宇航员饮用水的供应，是制约宇航员在空间站滞留时间长短、影响空间站发展的关键技术之一。航天器上有一种燃料电池，它使用氢和氧作为燃料来发电。氢和氧原来分别储存在氢气罐和氧气罐中。使用时，打开气罐的阀门，让两种气体接触燃烧，产生热和电，同时也产生出副产品——水。不过这样水还不能直接饮用，还必须经过过滤。当年登月的“”飞船上，就装备有3台这种氢氧燃料电池，每台电池在正常运作时，每小时可生产水～升。除了化学方法产水外，还有生物法。近日，六0二所与福建农科院合作研究的国家航天高新技术项目---浮萍湿养繁殖技术课题项目在该所通过航天部专家组验收。课题组通过长期的探索、研究，选定浮萍繁殖作为解决未来空间站宇航员氧气和饮用水的供应、改善宇航员生存环境的一项关键技术环节。浮萍是一种水生厥类植物，平生于水面，繁殖速率高，光合能力强，占地面积小，而且整株可以食用；在未来的地外空间，浮萍湿养繁殖可以将二氧化碳转化为氧气，通过分解宇航员尿液中的有害物质，再经过一定的流程，还可以将尿液转化为符合国标的饮用水，而且，宇航员的尿液又可以作为浮萍的营养物质，促进浮萍的生长。因此，作为一种辅助装置，浮萍繁殖可以为空间站提供适量的氧气和饮用水，延长宇航员在空间站的滞留时间。不过此法尚处在研究阶段。
宇航员用水的第三个来源，是让水循环使用，即太空水。因为从地球发射的水和其他消耗品的数量由于费用原因受到很大的限制，所以空间站里水的再生是极为重要的。为了使载人宇宙飞船在升空时不再携带大量的饮水，美国联邦政府长期以来斥资数十亿美元之巨，组织大批专家研制出RO反渗透技术，
将宇航员的尿液过滤为直饮水循环使用。高科技精密的RO膜其孔径只有一微米的万分之一，一切细菌、病毒、重金属离子等有害物质均被排斥于膜外，所制净水甘醇甜美。空间站水再生的效率指标大于95%，宇航员生活中产生的洗澡水、洗衣水、厨房水及尿液等，将被重新净化处理。这些水中包含有大量的有机和无机物质，净化的方法采用多层过滤——渗透处理。先将废水中的固体残渣滤掉，然后将液体挤压过一个被称为“渗透膜”的装置，它能进一步把水中的一些杂质拒之门外，但免不了会有一些细菌等随水透过渗透膜，为此还需对水进行酸化，以杀死各种致病的细菌。酸化还能抑制尿液的分解，否则尿分解产生的二氧化碳和氨会污染飞船的密封舱。酸化后
的水仍含有多种不利于健康的杂质，因此，还要让水再经过反向渗透的过滤。过滤膜非常精细，能阻止一切比水分子大的物质分子通过。为了保险起见，常让水再经过第二级或第三级反向渗透。经过这样处理，废水中85％～98％的水可被回收，重新被宇航员利用。国际空间站第9考察组成员俄罗斯宇航员根纳季帕达尔卡表示，在空间站上水利用得非常合理，一定数量宝贵的水从地球上运去，但是大部分水是从人的生命活动中获取。帕达尔卡幽默地说，“宇航员呼出的热气、分泌的汗水、潮湿抹布在干燥时产生的水气——全部都会在空间站上安装的再生冷凝水系统中转变成饮用水。” 所以长期飞行和多乘员的航天器，总装备有复杂的废水处理系统，能把尿和洗漱水等加以回收、处理，使废水再生、复用，真正做到了自给自足。据说，在失重状态下收集废物，就象使用家用吸尘器那样，很有趣，弄不好会出笑话的。
航天员在太空喝水
其次是用水问题。
宇航员用水和普通人并没有什么两样，日常生活中地上该做的事天上也一样要做，如喝水、刷牙、洗脸、洗澡，方便等，但这一切都需要有特殊的设施和技巧。只不过有时地面上最简单的事到了天上就不简单了，“方便”就不方便了，不然就会闹出许多笑话。
喝水：宇航员在航天飞行活动中如何喝水，对他们来说是一个不小的考验。在失重条件下，一杯盛满水的杯子朝下朝上放都一样，杯子里的水不会自动飘浮或洒落出来，如果放在桌子上，杯子会连同水一起飞起来。所以说，宇航员在地面上原有的喝水习惯到了太空就完全不能适用了。一般来讲，各种食物、零件、用具等都是固定好了的。如果宇航员要喝水，吃汤、羹、汁、果酱时，直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里，一点一点往嘴里挤就可以了。在天上不能叫喝水而是“吸水”了。
淋浴：航天员若在空间站上长期生活，还需要洗澡。在前苏联的载人空间站上，就配备有专为航天工程技术人员设计制作的航天浴室。这种浴室，只不过是一个强力尼龙布浴罩。浴罩上下有固定的框架，上连天棚下连地板，成为通天式密闭浴罩，平常折叠着固定在生活舱的顶棚上。顶棚上还设有圆形水箱、喷头、电加热器，洗澡用的水箱有管道与大水箱相通。袋中淋浴每周洗一次淋浴，淋浴时要钻到袋子里去，袋子上面有喷水口，而且要用水泵抽，若不用水泵抽水，水就会变成小水珠在房间里乱飞。原苏联的载人空间站，就配有航天浴室。航天员洗澡时，要将耳朵塞起，带上护目镜，像潜水
员一样。还要穿上固定的拖鞋，这样就不会飘浮起来了。一切准备就绪，才可以打开水龙头，一阵阵细细的水流喷在身上，形成一层夹着无数气泡的水膜，必须用毛巾或吸水刷将水吸走。失重时水不会自动流出，水箱中有气加压，水才会源源不断流出来。航天员吃用的水，不是带上去的，而是通过化学反应产生出来的水，这样既卫生又能减轻负荷。太空中的水比金子还珍贵，短期航天只能用湿毛巾擦身。长期航天中的淋浴，既是一种享受，也是一种奢侈，还是一场战斗。1973年6月8日下午6时，美国航天员P·韦茨在“天空实验室”第一次享受太空淋浴。为了防止水飘飞，他把一个约1米直径的叠缩布筒拉起来，将上端的圆环固定在天花板上，然后开动水泵，将水从上方压出。喷出的水表失压力后就到处飘飞。附着力会使水附着在筒壁和人身上。为了防止呛水和便于呼吸，他戴上了口鼻罩。洗过的污水不会自动下流，需要开动下方的水泵抽走，最后还要用吸尘器将附着在布筒上的水吸走。他淋浴的时间为15分钟，而清理污水却用了45分钟。1982年在太空生活了211天的苏联航天员瓦·列别杰夫，在日记中对淋浴作了生动的描述。他说，为洗一次澡，需花几小时准备。淋浴时，必须把双脚固定住，不然，身体会被喷出的水冲得翻筋斗。在失重环境中水
是危险品，少量水也会呛伤人，甚至致人溺死……太空淋浴是在紧张中进行的，有一种既恐惧又舒适的感觉。
刷牙：在太空失重环境中，无法像地面上那样刷牙，手的来回动作，牙膏泡沫很容易飘浮起来，水珠在舱内飞飘，会影响人的健康和仪器正常运转。为防止这个问题，美国采用一种特制的橡皮糖，让宇
航员充分咀嚼以代替刷牙，达到清洁牙齿的目的。目前一般用洁齿纸、洁齿线清理牙齿。在太空失重环境中像地面上一样洗脸，也会使水四处飘飞。目前最简单方便的方法是用湿毛巾擦脸。
大小便：“和平号”空间站的宇航员这样描述自己使用的卫生间：“小便并不是特别困难，当需要时，宇航员仅需抓住收集尿的胶皮管，在管子的自由的一端挂着一个漏斗，为了产生抽吸的效果而打开风扇，旋开阀门，接着开始即可。尿液被收在一个废箱子里，但是在太空排大便却是一个非常吃力并且耗时的过程。并不是所有的宇航员都能够一次成功的。事实上，由于相当奇特的环境，而且也许由于在无重力的环境里宇航员体内的肠子漂浮着，内脏并不能正常工作，许多人从中间舱的厕所出来时喃喃而语：‘又失败了’。”
在早期的航天生活里，解决这个问题的办法是用胶布把“便袋”粘在宇航员的臀部，显然这个办法不太“安全”。后来，“天空实验室”、“和平号”、航天飞机等航天器上都有了专门的太空厕所。男厕所和女厕所分别有不同的小便收集器，大便则是通过马桶的气流抽入一个袋中进行处理。
“神舟”五号舱内的马桶是特制的，要形成人造重力。冲马桶的概念，与我们日常生活就完全不同，不能用水冲，它是靠风机来抽吸，先把其中的水分、臭气抽掉，再把干的部分自动用塑料袋密封起来。小便也是这样，有专用的小便收集器，防止小便在舱内飞溅，以免引起舱内污染和电线短路。美国“奋进”号航天飞机上装备有一种太空马桶，造价高达2340万美元。这种马桶可贮存处理更多粪便，有独立
的尿液分离器，可将尿和粪便分开处理。马桶上的气流导引装置，解决了失重条件下人体排泄的困难。美国科学家一直为太空站的污水处理问题绞尽脑汁，多年来，美国宇航局（NASA）也一直在考虑如何更加高效地解决污水循环利用的问题。亚拉巴马州汉斯维尔市的马歇尔航天飞行中心日前测试完成一种太空站水循环处理设备。这种设备不仅可以净化宇航员呼吸运动产生的体液，甚至连“尿液也处理得比任何一个水龙头里流出来的水还要清洁”。马歇尔中心环境控制和生命支持部主任说，“宇航员只要在小便池里做该做的事就行了，我们的设备能处理一切。”预计两年后这套体积大约有两个冰箱大小的设备，将会由航天飞机带上太空，供宇航员使用。
除了宇航员要用水，不少太空试验也要用到水。比如，美籍华人物理学家王赣骏的“液滴实验”，就是用水和甘油的混合液, 制成直径1厘米的液滴，悬在太空实验箱中进行的。滚圆滚圆的液滴，晶莹透亮，利用声波能量控制，时而旋转，时而振动，时跑时停，活泼极了。这个实验是从500多项申请中筛选确定的14项之一。它能帮助人们推知天体运行的一些性质，为寻理想的耐高温材料、合成新材料提供科学依据。所以，虽耗资5000万美元，占用了实验室1/6的空间，也是很有意义和值得的。
太空之旅，使人类充满诱惑，而解决水问题，令人绞尽脑汁。宇航员将来可否能自己动手种植收获作物，加工制作食品，榨取果汁，提取水源，以保证供应在太空生活中的水袋子和菜篮子，也许在不久的将来，人们要在空间站长期入住和星际之旅等，只要种植面积足够的像甘薯、土豆、小麦、浮萍等作物，不论多长时间的旅行和入住都能保证丰衣足
食，水源充足，人类可以长期生存！如果人类还想飞得更高更远，水的供应毕竟是少不了的。但要真正要解决太空用水问题，还需待时日。

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