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弗里曼人的蒸馏服
在《沙丘》中，沙漠中的弗里曼人必须穿着覆盖全身的蒸馏服，这是一种求生装备。蒸馏服会捕捉所有水分转化成饮用水包括回收循环人体流失的水分，没有它，人在酷热的沙漠活不过两个小时。
图源：网络。
而这种极限的环境和太空不谋而合，水，对宇航员来说也是相当的宝贵。而且为了进行实验或者维修，宇航员在太空行走时需要在太空服内解决生理需要，这不仅让穿着者感到不适和不卫生，而且还相当浪费——与国际空间站（ISS）上的废水回收系统不同，太空行走时尿液中的水分无法得到循环利用。
应对这一挑战的一个解决方案是采用类似于科幻大片《沙丘》中的全身式“蒸馏服”，它可以吸收和净化汗液和尿液中的水分，并将其转化为饮用水。现在，这一科幻技术即将成为现实，康奈尔大学的研究人员提出了一种新型太空服尿液收集和过滤系统的原型。这一设计发表在 Frontiers in Space Technologies（新晋期刊）上。
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原文链接👇
https://www.frontiersin.org/journals/space-technologies/articles/10.3389/frspt.2024.1391200/full?utm_source=wechat&utm_medium=social&utm_content=kepu&utm_campaign=artpromchn
“该设计包括一个基于真空的外部导尿管，连接到一个正反渗透组合装置，可以持续供应饮用水，同时配备多重安全机制以确保宇航员的健康，”研究的第一作者，威尔康奈尔医学院及康奈尔大学（Weill Cornell Medicine and Cornell University）的研究人员索非亚·埃特林（Sofia Etlin）说。
专为未来登月和火星任务而设计
2025 年和 2026 年，美国国家航空航天局（NASA）计划执行阿尔忒弥斯二号和三号任务，届时宇航员将分别绕月飞行并在其南极登陆。预计到 21 世纪 30 年代初，这些任务预计将由 2020 年代初的载人火星任务接替。
Artemis II 图源：NASA
然而长期以来，宇航员一直抱怨现有的宇航服，利用一种吸水能力极强的“布”，即最大吸收量服（MAG），它还是20 世纪 70 年代末的发明，一直以来使用的是传统 NASA 太空服的废物管理系统，其功能类似于由高吸水性聚合物制成的多层成人纸尿裤，其舒适性和卫生性显然不足。
“据报道，MAG 曾发生过泄漏，并引起了如尿道感染和胃肠道不适等健康问题。此外，宇航员目前在太空服内的饮水袋中只有一升水。这对于计划中持续时间更长的月球太空行走来说显然是不够的，月球太空行走可能持续 10 个小时，在紧急情况下甚至可能长达 24 小时，”埃特林说。所以这点水根本就不够用。
宇航员还要求在未来的太空服中减少装填和除气饮水袋所需的时间，并增加一份无咖啡因的高能量饮料供应。
考虑到所有这些目标，埃特林及其同事们现在设计了一种新型宇航服尿液收集和过滤系统，该系统包括一件由多层柔性织物制成的内裤。
多层柔性织物制成的内裤。图片来源：本论文
同时，一个由模压硅胶制成的收集杯与内裤连接，让尿液快速从身体吸出后流入杯中，而收集杯有两种不同尺寸和形状，分别对应男、女形状和尺寸。
尿液收集杯。图片来源：本论文
收集杯的内侧面铺有聚酯微纤维或尼龙-氨纶混纺材料，用以将尿液从身体引向杯子的内侧面，然后由真空泵将其吸走。与吸水水凝胶相连的 RFID 标签会在检测到水分时激活泵。
高科技背包
尿液一旦收集完毕，就会被输送到尿液过滤系统，该系统通过两步式集成正向和反向渗透过滤系统对其进行循环利用，效率高达 87%。它利用浓度梯度去除尿液中的水分，并通过泵将水分从盐分中分离。并且，净化后的水被补充电解质和碳水化合物并泵送回太空服内的饮水袋内，再次可供饮用，将水变得更有营养和能量。整个 500 毫升尿液收集并净化的过程只需 5 分钟。
新系统的前视图。图片来源：Karen-Morales
整个装置将放在宇航服背部的背包中，该系统集成了控制泵、传感器和液晶显示屏，与沙丘中的蒸馏服不同的是它不能依靠人的运动提供电力，宇航员需要携带由一个 20.5 伏特、容量为 40 安时的电池供电。其总尺寸为 38 x 23 x 23 厘米，重量约为 8 公斤，足够紧凑和轻便。
新系统的侧视图。图片来源：Karen-Morales
现在原型机已经问世，可以在模拟条件下，以及随后的实际太空行走中对新设计进行测试。
“我们的系统可以在模拟微重力条件下进行测试，因为微重力是我们必须考虑的主要太空因素。这些测试将确保该系统在实际太空任务中部署之前的功能性和安全性，”同一研究机构的教授、研究的主要作者 Christopher E Mason 博士总结道。
图片：网络
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Frontiers in Space Technologies 是瑞士出版社 Frontiers 旗下的开放获取期刊，Web of Science (ESCI) 和 DOAJ 索引期刊，本期刊致力于推动空间技术研究领域的发展，刊登基础研究和应用研究文章，以及与空间技术及其应用相关的工程应用、商业视角、倡议和政策方面的文章。
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