美航空航天局計劃在太空微重力環(huán)境下實(shí)驗“正滲透”
2014-04-20 18:13:01
admin
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據新浪網(wǎng)2011年6月24日訊 據美國國家航空航天局網(wǎng)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(xué)家們計劃在微重力環(huán)境下實(shí)驗一種新方法，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，當未來(lái)的太空探險者在超出低地軌道進(jìn)行探險時(shí)，他們唯一的供水來(lái)源只能在太空飛船上實(shí)現。此次實(shí)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(yíng)養的飲用水。實(shí)驗方法使用的是一種稱(chēng)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(shuō)：“正滲透是通過(guò)半透膜實(shí)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(guò)，如水，同時(shí)阻止像鹽、糖、淀粉、蛋白質(zhì)、病毒、細菌和寄生蟲(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)現快速轉化的版本，使航天員在失重狀態(tài)下更易完成工作。這種膜對大多數水起作用，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)自佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的科學(xué)家們將測試適合太空環(huán)境的實(shí)驗設備，此套裝置將于今年夏季搭載執行STS-135任務(wù)的“亞特蘭蒂斯”號航天飛機進(jìn)入太空。在肯尼迪中心，由美國國家航空航天局項目經(jīng)理斯賓塞·伍德沃德領(lǐng)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(shí)驗工具進(jìn)行測試。此項測試在離開(kāi)國際空間站之后，繼續進(jìn)行直到STS-135任務(wù)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(zhù)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(guò)程。該計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(guān)察能否對失重狀態(tài)下的工作有幫助。
實(shí)驗經(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)驗袋的內部，從6個(gè)實(shí)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(xué)實(shí)驗室的科學(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(guān)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急備用水源，可以在緊急返回地球期間以及未來(lái)長(cháng)期太空探索期間提供富含水合物和營(yíng)養的水源。除了水的循環(huán)利用，實(shí)驗的結果對太空生活其他一些方面也是有幫助的。
弗林稱(chēng)，正滲透是一個(gè)類(lèi)似負責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，一些藥物運輸艙也需要使用正滲透技術(shù)。對失重如何影響正滲透的研究，能夠為科學(xué)家研究零重力對太空植物以及太空中人類(lèi)消化系統功能的影響提供見(jiàn)解。所有這些可以幫助未來(lái)太空旅行者更好的適應長(cháng)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(huì )從濃度低的一側向濃度高的一側移動(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)際當中得到應用，這種技術(shù)可以將不明純度的水在六到八個(gè)小時(shí)內轉化成可飲用的水。這種技術(shù)還可以給不同領(lǐng)域提供幫助，從戶(hù)外運動(dòng)到軍事及自然災害后用水等。