美航空航天局计划在太空微重力环境下实验“正渗透”

2014-04-20 18:13:01 admin 281
来源:中国载人航天工程网编译 亚南 / 时间:2011-6-27 15:37:42
  据新浪网2011年6月24日讯 据美国国家航空航天局网站6月14日报道,在“亚特兰蒂斯”号航天飞机最后一次飞行中,美国国家航空航天局的科学家们计划在微重力环境下实验一种新方法,这种方法使用正渗透技术,使航天员获得循环可利用水。
  水是生活的必需品,当未来的太空探险者在超出低地轨道进行探险时,他们唯一的供水来源只能在太空飞船上实现。此次实验正是为了使航天飞机上可获得的资源,如污水、尿液等转化成富含水合物和营养的饮用水。实验方法使用的是一种称为“正渗透”的处理技术。
  美国国家航空航天局埃姆斯研究中心科学家迈克尔·弗林解释说:“正渗透是通过半透膜实现水的自然扩散”,“这种半透膜作为一道屏障,它允许小分子通过,如水,同时阻止像盐、糖、淀粉、蛋白质、病毒、细菌和寄生虫等较大的分子。”伍德沃德表示“这是一般的膜,但是这种膜是由不漏气或者不易燃烧的塑料改制而成的”,并且解释说这种装置被改装成能够在太空中实现快速转化的版本,使航天员在失重状态下更易完成工作。这种膜对大多数水起作用,如果循环利用尿液,必须进行两个阶段。首先使用活性炭过滤床,过滤掉尿素,而酒精只能通过半透膜来过滤。
  来自佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的科学家们将测试适合太空环境的实验设备,此套装置将于今年夏季搭载执行STS-135任务的“亚特兰蒂斯”号航天飞机进入太空。在肯尼迪中心,由美国国家航空航天局项目经理斯宾塞·伍德沃德领导的团队,将对为航天员准备的包括在航天飞行货舱中的六件正渗透实验工具进行测试。此项测试在离开国际空间站之后,继续进行直到STS-135任务结束。航天员将准备好的包括染色的低浓度液体注入仪器设备的外层,代表着污水,然后将高度浓缩的液体注入内层。在六件仪器设备中重复这样的过程。该计划可以使航天员借助半透膜之间液体的流动熟练地操作仪器,从而观察能否对失重状态下的工作有帮助。
  实验经过五个小时之后,航天员将使用样本注射器连接到每一个实验袋的内部,从6个实验仪器中分别取出60毫升样品。一旦样品搭载“亚特兰蒂斯”号航天飞机被带回地面,肯尼迪太空生命科学实验室的科学家霍华德·莱文(Dr. Howard Levine)和迈克尔·罗伯茨博士(Dr. Michael Roberts)将从事带回地面样品的分析,观察在微重力状态下正渗透是怎样正常工作的。
  该装置除了能适用航天服之外,还广泛应用于美国航空航天局各个领域。它能够作为国际空间站上的应急备用水源,可以在紧急返回地球期间以及未来长期太空探索期间提供富含水合物和营养的水源。除了水的循环利用,实验的结果对太空生活其他一些方面也是有帮助的。
  弗林称,正渗透是一个类似负责将人体肠道中的水吸收到血液的过程,也如同植物根部从土壤中吸收水分的过程。此外,一些药物运输舱也需要使用正渗透技术。对失重如何影响正渗透的研究,能够为科学家研究零重力对太空植物以及太空中人类消化系统功能的影响提供见解。所有这些可以帮助未来太空旅行者更好的适应长期任务,为未来深空探索提供重要的信息。
  渗透的关键是一层有选择透过能力的膜,水在外界压力作用下通过半透膜从高渗透压侧扩散至低渗透压侧溶液中,达到脱盐目的。如果在这层膜的两边放两种不同浓度的溶液,水会从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动(水是穿过这层膜的),这是正渗透的原理。这是由于水中离子的渗透压导致的。反渗透是克服这种渗透压让水从高浓度向低浓度移动,由于要克服渗透压,所以反渗透要在外力的作用下进行。正渗透技术已经在实际当中得到应用,这种技术可以将不明纯度的水在六到八个小时内转化成可饮用的水。这种技术还可以给不同领域提供帮助,从户外运动到军事及自然灾害后用水等。