美航空航天局計(jì)劃在太空微重力環(huán)境下實(shí)驗(yàn)“正滲透”
2014-04-20 18:13:01
admin
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據(jù)新浪網(wǎng)2011年6月24日訊 據(jù)美國國家航空航天局網(wǎng)站6月14日?qǐng)?bào)道，在“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)*后一次飛行中，美國國家航空航天局的科學(xué)家們計(jì)劃在微重力環(huán)境下實(shí)驗(yàn)一種新方法，這種方法使用正滲透技術(shù)，使航天員獲得循環(huán)可利用水。
水是生活的必需品，當(dāng)未來的太空探險(xiǎn)者在超出低地軌道進(jìn)行探險(xiǎn)時(shí)，他們唯一的供水來源只能在太空飛船上實(shí)現(xiàn)。此次實(shí)驗(yàn)正是為了使航天飛機(jī)上可獲得的資源，如污水、尿液等轉(zhuǎn)化成富含水合物和營養(yǎng)的飲用水。實(shí)驗(yàn)方法使用的是一種稱為“正滲透”的處理技術(shù)。
美國國家航空航天局埃姆斯研究中心科學(xué)家邁克爾·弗林解釋說：“正滲透是通過半透膜實(shí)現(xiàn)水的自然擴(kuò)散”，“這種半透膜作為一道屏障，它允許小分子通過，如水，同時(shí)阻止像鹽、糖、淀粉、蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)菌和寄生蟲等較大的分子?！蔽榈挛值卤硎尽斑@是一般的膜，但是這種膜是由不漏氣或者不易燃燒的塑料改制而成的”，并且解釋說這種裝置被改裝成能夠在太空中實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)化的版本，使航天員在失重狀態(tài)下更易完成工作。這種膜對(duì)大多數(shù)水起作用，如果循環(huán)利用尿液，必須進(jìn)行兩個(gè)階段。首先使用活性炭過濾床，過濾掉尿素，而酒精只能通過半透膜來過濾。
來自佛羅里達(dá)州NASA肯尼迪航天中心的科學(xué)家們將測(cè)試適合太空環(huán)境的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，此套裝置將于今年夏季搭載執(zhí)行STS-135任務(wù)的“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)入太空。在肯尼迪中心，由美國國家航空航天局項(xiàng)目經(jīng)理斯賓塞·伍德沃德領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，將對(duì)為航天員準(zhǔn)備的包括在航天飛行貨艙中的六件正滲透實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行測(cè)試。此項(xiàng)測(cè)試在離開國際空間站之后，繼續(xù)進(jìn)行直到STS-135任務(wù)結(jié)束。航天員將準(zhǔn)備好的包括染色的低濃度液體注入儀器設(shè)備的外層，代表著污水，然后將高度濃縮的液體注入內(nèi)層。在六件儀器設(shè)備中重復(fù)這樣的過程。該計(jì)劃可以使航天員借助半透膜之間液體的流動(dòng)熟練地操作儀器，從而觀察能否對(duì)失重狀態(tài)下的工作有幫助。
實(shí)驗(yàn)經(jīng)過五個(gè)小時(shí)之后，航天員將使用樣本注射器連接到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)袋的內(nèi)部，從6個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器中分別取出60毫升樣品。一旦樣品搭載“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)被帶回地面，肯尼迪太空生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家霍華德·萊文（Dr. Howard Levine）和邁克爾·羅伯茨博士（Dr. Michael Roberts）將從事帶回地面樣品的分析，觀察在微重力狀態(tài)下正滲透是怎樣正常工作的。
該裝置除了能適用航天服之外，還廣泛應(yīng)用于美國航空航天局各個(gè)領(lǐng)域。它能夠作為國際空間站上的應(yīng)急備用水源，可以在緊急返回地球期間以及未來長期太空探索期間提供富含水合物和營養(yǎng)的水源。除了水的循環(huán)利用，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)太空生活其他一些方面也是有幫助的。
弗林稱，正滲透是一個(gè)類似負(fù)責(zé)將人體腸道中的水吸收到血液的過程，也如同植物根部從土壤中吸收水分的過程。此外，一些藥物運(yùn)輸艙也需要使用正滲透技術(shù)。對(duì)失重如何影響正滲透的研究，能夠?yàn)榭茖W(xué)家研究零重力對(duì)太空植物以及太空中人類消化系統(tǒng)功能的影響提供見解。所有這些可以幫助未來太空旅行者更好的適應(yīng)長期任務(wù)，為未來深空探索提供重要的信息。
滲透的關(guān)鍵是一層有選擇透過能力的膜，水在外界壓力作用下通過半透膜從高滲透壓側(cè)擴(kuò)散至低滲透壓側(cè)溶液中，達(dá)到脫鹽目的。如果在這層膜的兩邊放兩種不同濃度的溶液，水會(huì)從濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)移動(dòng)（水是穿過這層膜的），這是正滲透的原理。這是由于水中離子的滲透壓導(dǎo)致的。反滲透是克服這種滲透壓讓水從高濃度向低濃度移動(dòng)，由于要克服滲透壓，所以反滲透要在外力的作用下進(jìn)行。正滲透技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際當(dāng)中得到應(yīng)用，這種技術(shù)可以將不明純度的水在六到八個(gè)小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)化成可飲用的水。這種技術(shù)還可以給不同領(lǐng)域提供幫助，從戶外運(yùn)動(dòng)到軍事及自然災(zāi)害后用水等。