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(guó)國(guó)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(guó)國(guó)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(lái)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(lái)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(yíng)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(guó)國(guó)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(shuō)：“正滲透是通過(guò)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(guò)，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(chóng)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(shuō)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(guò)濾床，過(guò)濾掉尿素，而酒精只能通過(guò)半透膜來(lái)過(guò)濾。
來(lái)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(guó)國(guó)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(kāi)國(guó)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(guò)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(guò)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(guó)航空航天局各個(gè)領(lǐng)域。它能夠作為國(guó)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(lái)長(zhǎng)期太空探索期間提供富含水合物和營(yíng)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(guò)程，也如同植物根部從土壤中吸收水分的過(guò)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(jiàn)解。所有這些可以幫助未來(lái)太空旅行者更好的適應(yīng)長(zhǎng)期任務(wù)，為未來(lái)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(guò)能力的膜，水在外界壓力作用下通過(guò)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(guò)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。