(二)尿蒸馏 。 使用这种技术 , 可以把污染物含量很高的尿液转化成微污染程度的尿蒸馏水 。 要把尿液中的水和少部分的有机物和无机物分离开 , 经济有效的办法还是蒸馏 , 让尿液变成水蒸气逸出 , 然后在凝结成液态水 。 但是尿液超过60摄氏度 , 氨气和有机污染物也会随之蒸馏出来 , 因此我国参考了美国的方案 , 采用低温蒸馏技术(VCD) 。 但是别忘了 , 在太空中是微重力环境 , 尿液和水蒸气不易分离 , 所以我们采用了“旋转蒸馏”技术 , 利用单桶旋转增加离心力 , 再配合小型的罗茨风机 , 对分离出来的水蒸气进行低压压缩 , 变成液态水 。
美国在尿液回收方面 , 除了采用蒸气压缩蒸馏技术 , 还使用了热电综合膜蒸发技术 , 两种方法原理相同 , 回收水质量也相当 , 但整齐压缩蒸馏法相对更节能 , 效率也较高 。
(三)电解制氧 。
收集预处理的尿液 , 通过低温低压蒸汽压缩蒸馏后制得的再生水 , 不会再进入航天员的饮用水中 , 而是对这部分水电解制氧 。 它对水质的要求很高 , 接近超纯水标准 。 我们知道水分子是由氢原子和氧原子反应形成的 。 要想制得氧气 , 就需要对纯度满足要求的水进行电解 , 这样可以制得氢气和氧气 , 其中氧气供应航天员呼吸使用 。
我国采用质子交换膜和静态水气分离技术 , 就可以在微重力环境下 , 高可靠地长期制得氧气 。 当然 , 为了保险起见 , 天舟三号还携带了气瓶 , 由特种复合材料制成 , 承压达到大气压的300倍 , 里面装的是氧气 , 别小看它 , 能供航天员使用很长时间 。 道理跟我们去高海拔地区 , 为了减缓高反 , 使用的氧气瓶类似 。
冷凝水怎么来的?怎么处理?干什么用?大家容易忽视的就是航天员每天呼吸带出的水分 , 其实这部分水分比例还不小呢 , 整体看比收集的尿液还要多 。 因此在空间站的密闭环境中 , 通过空调系统可以收集冷凝水 , 但是这些冷凝水中也会含有多种污染物 , 需要去除 。 把这些水通过“中温气相催化氧化→电解银离子抑菌”处理 , 冷凝水净化后达到饮用水标准 , 供航天员饮用 。
(一)中温催化氧化 。 在一定的温度和压力下 , 使含污的冷凝水汽化 , 再通过反应床(里面有贵金属活性成分的催化剂) , 就可以把有机物彻底氧化成二氧化碳、水 。 而美国则采用连续过滤或者反渗透膜法 , 它的原理就跟我们家里使用的净水器原理类似 。
(二)投加电解银离子 。 水中有银离子 , 可以起到抑菌的作用 , 而且本身无毒无味 , 入口后生成氯化银沉淀 , 对人体也是安全的 。 银离子的投加量只需要超过0.05毫克/升就能抑菌 , 所以我国采用了电化学银离子发生器 , 可以实现在线添加 , 保证水中不会滋生微生物 , 确保饮用水质 。
还有别的水需要循环使用吗?进入空间站生保循环系统的废水 , 还包括航天器中乘员的生活废水 , 比如部分洗漱卫生用水、食品用水等 , 这些也是可以收集的 。 当然还有汗液 。
人在室温下 , 人出汗很少 , 专业上叫不显性出汗 。 一个成年人一天不显性出汗量大约500毫升(1斤) 。 汗液的成分主要是:99%~99.5%的水 , 0.5%~1.0%的有机盐和无机盐 。 此外还有皮肤产生的皮脂和皮脂腺细胞碎屑等物质 。 这些水分一部分蒸发到空气中 , 一部分被衣服吸附 , 一部分在皮肤上 , 在洗澡时会带入洗浴废水中 , 进而被收集处理 , 这里就不再详细介绍了 。
呼吸产生的二氧化碳怎么处理?在中国空间站中 , 人体呼吸产生的二氧化碳 , 经过可再生吸附剂吸附 , 再利用舱外真空热解吸 , 就可以把二氧化碳排出空间站封闭的舱体 。 简单点通俗地说 , 就是用一种物质把二氧化碳逮住 , 然后放到空间站外的真空中 , 二氧化碳就会再次释放出来 , 然后吸附二氧化碳的物质就得到了再生 , 再拿进空间站里继续使用 。
当然这种做法 , 使我们不经意间就损失了一部分碳原子和氧原子 。 后续还可以再增加二氧化碳的还原系统 。 整体技术路线就是把二氧化碳和电解水的副产物氢气结合 , 反应生成甲烷和水 , 这些水可以继续冷凝再净化处理后 , 供航天员饮用 。
总结
尿→收集→预处理→电解制氧气→航天员呼吸
呼出的水蒸气→冷凝→净化→航天员饮用
呼出的二氧化碳→吸附→空间站舱外排放
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