美航空航天局計劃在太空微重力環境下實驗“正滲透”
2014-04-20 18:13:01
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據新浪網2011年6月24日訊 據美國國家航空航天局網站6月14日報道，在“亞特蘭蒂斯”號航天飛機*后一次飛行中，美國國家航空航天局的科學家們計劃在微重力環境下實驗一種新方法，這種方法使用正滲透技術，使航天員獲得循環可利用水。
水是生活的必需品，當未來的太空探險者在超出低地軌道進行探險時，他們唯一的供水來源只能在太空飛船上實現。此次實驗正是為了使航天飛機上可獲得的資源，如污水、尿液等轉化成富含水合物和營養的飲用水。實驗方法使用的是一種稱為“正滲透”的處理技術。
美國國家航空航天局埃姆斯研究中心科學家邁克爾·弗林解釋說：“正滲透是通過半透膜實現水的自然擴散”，“這種半透膜作為一道屏障，它允許小分子通過，如水，同時阻止像鹽、糖、淀粉、蛋白質、病毒、細菌和寄生蟲等較大的分子。”伍德沃德表示“這是一般的膜，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現快速轉化的版本，使航天員在失重狀態下更易完成工作。這種膜對大多數水起作用，如果循環利用尿液，必須進行兩個階段。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。
來自佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的科學家們將測試適合太空環境的實驗設備，此套裝置將于今年夏季搭載執行STS-135任務的“亞特蘭蒂斯”號航天飛機進入太空。在肯尼迪中心，由美國國家航空航天局項目經理斯賓塞·伍德沃德領導的團隊，將對為航天員準備的包括在航天飛行貨艙中的六件正滲透實驗工具進行測試。此項測試在離開國際空間站之后，繼續進行直到STS-135任務結束。航天員將準備好的包括染色的低濃度液體注入儀器設備的外層，代表著污水，然后將高度濃縮的液體注入內層。在六件儀器設備中重復這樣的過程。該計劃可以使航天員借助半透膜之間液體的流動熟練地操作儀器，從而觀察能否對失重狀態下的工作有幫助。
實驗經過五個小時之后，航天員將使用樣本注射器連接到每一個實驗袋的內部，從6個實驗儀器中分別取出60毫升樣品。一旦樣品搭載“亞特蘭蒂斯”號航天飛機被帶回地面，肯尼迪太空生命科學實驗室的科學家霍華德·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，還廣泛應用于美國航空航天局各個領域。它能夠作為國際空間站上的應急備用水源，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的水源。除了水的循環利用，實驗的結果對太空生活其他一些方面也是有幫助的。
弗林稱，正滲透是一個類似負責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，一些藥物運輸艙也需要使用正滲透技術。對失重如何影響正滲透的研究，能夠為科學家研究零重力對太空植物以及太空中人類消化系統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長期任務，為未來深空探索提供重要的信息。
滲透的關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擴散至低滲透壓側溶液中，達到脫鹽目的。如果在這層膜的兩邊放兩種不同濃度的溶液，水會從濃度低的一側向濃度高的一側移動（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，由于要克服滲透壓，所以反滲透要在外力的作用下進行。正滲透技術已經在實際當中得到應用，這種技術可以將不明純度的水在六到八個小時內轉化成可飲用的水。這種技術還可以給不同領域提供幫助，從戶外運動到軍事及自然災害后用水等。