一种用于太空的新型水回收系统

为了确保我们的生存，地球提供人类和动物的气氛，含有氧气，如氧气，血清水源以及丰富的矿石和动物源，提供恒定的营养来源。

虽然我们的生存受到地球气氛的保护，但是一旦你离开这个星球并进入太空，这些完善的环境条件消失了。对于短的太空任务，这一挑战以前由宇航员解决了与他们的航天飞机上生存所需的一切。

长时间的太空任务对宇航员来说是一个挑战，因为这些来源可以减少到非常少。这些补给包括水的运输，因为水在航天器上占据了很大的空间。例如，据估计，仅向国际空间站运送一公斤补给就需要大约2.5万美元¹．

虽然宇航员试图在任务中尽可能多地保存水，但估计每个宇航员每天都需要至少30升水²．这尤其低，因为估计地球上的普通人每天消耗大约160升饮用水^3.．

在六个月的持续时间内，每天消费30升水及其运输的班车费用约为1.35亿美元，但如果到达有效的回收系统，则可能会显着降低这大量资金。

ESA Astronaut Tim Peake在2016年在ISS船上努力工作。照片：美国国家航空航天局/flickr.com/photos/nasa2explore.

回收以改善空间的生存

环境控制和生命支持系统(ECLSS)确保所有宇航员在太空任务中经历适宜的条件。例如，ECLSS控制客舱内的温度和湿度。在2006年和2008年，为了提高航天飞机从地球发射的独立性，ECLSS为航天飞机实施了一个氧气生成系统和水回收系统。

宇航员在太空中需要生存的消耗品总质量的耗材占含量的大约92％^4.．因此，如果能找到一种方法，大幅减少从地球向宇航员输送水的需求，就能大规模地减少对水的总需求，同时也能为航天机构节省一大笔钱。此外，通过在太空中实施水回收系统，未来的航天飞机运输任务，如载人前往火星，可能成为现实。

图1所示。顶部：第一次来自新的回收系统的ISS乘员饮用水。中间：含有大量水的食物，例如图像中的奶油菠菜，以脱水形式脱水。它们在空间中再水化使用再循环水。照片：NASA / SPACEFLIGHT.NASA.GOV。底部：宇航员Peggy Whitson与芝士汉堡的再水水溶液。照片：NASA / Flickr.com/photos/nasa2explore。

从尿液和汗水中创造饮用水

安装在国际空间站上的水回收系统(WRS)的回收率约为93%，然而这些水的来源可能来自尿液、周围的空气、宇航员的汗水和呼吸中的水分，甚至来自他们的实验室动物。

WRS由两个主要部分组成:水处理器组件和尿液处理器组件。为了从尿液中回收水分，尿液首先在尿液处理器组件中蒸馏，这需要一个独特的开发装置，以确保在没有重力的情况下液体和气体彼此分离。

然后将回收的水与其余废水混合，其在水处理器组件中累积地处理。一旦除去了自由气体和固体，例如毛发，就在一系列滴度和化学过程中处理水。在该初始处理之后，在高温催化反应中除去任何剩余的有机污染物和微生物。然后进行电导率测量以确定水是否足够清洁以重复使用，并且如果没有，则将进行进一步的水去污。

图2。国际空间站上使用的环境控制和生命支持系统(ECLSS)确保了飞船上适宜的条件，例如通过控制温度和湿度以及供应干净的水。

WRS的发展

ISS上的水恢复系统最初是由NASA在亨茨维尔，阿拉巴马州的马歇尔空间飞行中心和汉密尔顿Sundstrand Space Systems International的联合努力制定的，该系统现在被称为UTC航空航天系统。UTC航空航天系统还生产现有航空公司目前使用的Spacesuits和Life支持系统。

为了适应水回收系统，该水回收系统与污水和废水完全对齐，它必须在空间中加工，这主要由尿液和环境空气冷凝物组成，必须在显影阶段进行相应的材料测试。为此，开发人员创造了合成替代解决方案，其具有与在ISS上发现的尿液或环境空气冷凝器相似的组合物。

替代溶液作为测试样品

2004年,Verostko等^5.．开发了各种替代溶液的标准配方，其中一些包括尿替代溶液和模拟太空飞行或在另一个星球上潜在基地上的废水的溶液。维罗斯科的研究小组通过离子色谱法测定了待处理液体的化学成分。

基于从这些分析中收集的知识，研究团队建立了替代溶液，然后利用离子色谱法监测溶液中无机阴离子和阳离子的浓度。

图3。宇航员Tim Kopra在尿液处理器组件上进行常规维护。照片：flickr.com/photos/nasa2explore。

将回收融入深空

对于长期空间任务来说，单一使用寿命维持材料，例如水和氧气，对于长期空亚博网站下载间任务来说是不可行的，因为这些材料的运输往往是昂贵的。对于未来的载人空间任务，将从地球上行驶的进一步距离，例如美国国家航空航天局的2030年的马斯任务计划，提供持续的供应并不实用。

因此，宇航员将依赖于更有效的回收系统。直到火星和其他行星的任务成为现实，将需要进一步的研究来推进未来的寿命维持技术，以便在空间中的这些地点的往返旅行旅程中允许所有宇航员的生存。旨在恢复高达98％的水的新水收回收系统已经在开发中，预计今年将揭幕。

图4。宇航员萨曼莎·克里斯托弗雷蒂在国际空间站上享受着一杯意式浓缩咖啡——当然是用再生水制成的。图片:NASA / twitter.com/AstroSamantha。

参考资料

1. http://www.businessinsider.com/spacex-rocket-cargo-price-by-weight-2016-6http://cs.astrium.eads.net/logbook/logbuch/2/beitraag1.html.
2. https://www.energie-umwelt.ch/haus/badezimmer/wc- spuelung
3. Tamponnet c;野蛮,c . j .;Amblard p;Lasserre, j . c;人,j . c;杰曼，j.c.太空水回收;欧空局公告97:1999年3月
4. Verostko，C. e .;载体，c。;手指，B. W. Orsatz废水配方测试水回收系统。SAE技术论文2004-01-2448,2004，DOI：10.4271 / 2004-01-2448。

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