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尿裤子了？没事，这件衣服能把尿液变成饮用水，让你喝个痛快！

把科学带回家

把科学带回家 5天前 10:06

电影《沙丘》中，有一颗名为“阿拉基斯”的星球，星球表面到处是一望无际的沙漠。为了生存下去，当地原住民研发出一款可以将体液转化为水的“蒸馏衣”，以便在黄沙中长时间行走。

电影《沙丘》中的蒸馏服（stillsuit）

最近，科学家们把电影中的情节变为现实，研制出了能够将尿液转化为饮用水的航天服。与科幻故事不同，他们的初衷相当务实，就是希望宇航员在进行舱外任务时，不必为喝水和排泄的事情发愁。

据统计，2021~2023年间，国际空间站共进行了37次舱外任务，每次的平均时间为6小时26分钟。想象一下，哪怕在地球上，6个半小时不能喝水和上厕所都是一项颇具困难的挑战，更何况是在深不可测的太空中。

2008年9月27日，神州七号飞船进行舱外活动，实现了中国人的首次太空行走。

当然了，宇航员并非完全不能排泄。当前，他们会在进行舱外任务时穿戴“最大量吸收服”（maximum absorbency garment）。“最大量吸收服”实际上就是一条成人纸尿裤，最多可以吸收1升尿液和75克粪便。

但“最大量吸收服”经常发生侧漏，轻则导致粪便交叉污染，重则引发肠道不适及尿路感染。

进行调查时，一位宇航员坦言“到了某个时刻，已经分不清那片潮湿是汗水还是尿液”。有些宇航员因为不想用“尿布”，在任务的前几天便开始减少饮食，有可能影响工作状态。

最大量吸收服|图源：ISS National Laboratory

至于饮用水，当前，宇航员在舱外可以携带1升左右。然而，考虑到人在太空环境中本就容易脱水，外加执行任务需要消耗大量体力，区区两瓶标准矿泉水的水量，实在难以满足大部分航天员的需求。

为了让宇航员在执行舱外任务时更加舒适，科学家们研制出了这款特殊航天服。因为灵感来自电影《沙丘》，所以设计者们也将它的尿液净化设备称为“沙丘”系统。

尿液收集装置像一条裤子，里面有尿液收集杯。

“沙丘”系统的一端，是硅胶制成的尿液收集杯。为了贴合生殖器官，男用和女用的杯型设计也有所不同。收集杯内置有湿度感应的真空泵，宇航员一排尿，真空泵就会被激活并将尿液运输到最关键的过滤装置中。

尿液收集杯的3D建模|图源：资料[1]

尿液过滤装置运用的是正向渗透和反向渗透原理。

正如高中生物课所讲，如果半透膜两侧的液体存在渗透压差，那么水分子会从低溶质浓度的一侧（如清水），自发进入高溶质浓度的一侧（如盐水），这个过程就叫做正向渗透。

如果我们施加一个比渗透压差还高的外力，那么水分子就会反过来，从高溶质浓度的一侧进入低溶质浓度的一侧，这个过程叫反向渗透。

图源：网络

在过滤装置中，尿液会先与高浓度盐水发生一次正向渗透，使尿液中的水分进入盐水。接着装置会再让盐水进行一次反向渗透，使水分与盐分分离，最终就得到了可以饮用的纯水。

图源：资料[1]

纯水会被一根管道收集进航天服的饮水袋中，在那里，“沙丘”系统会往水中加些电解质，以维持航天员的体液平衡，避免出现脱水和肌肉痉挛等症状。

研究称，这套系统将500毫升尿液转化为纯水只需短短5分钟，回收率可以达到86.8%。

“沙丘”系统的实际尺寸为38cm*23cm*23cm，重量大约为8kg

其实在国际空间站上，将体液转化为饮用水已经是一项十分成熟的技术。空间站上的“环境控制和生命支持系统”更加精密，不仅可以把尿液的回收率提高至几乎98%，甚至能回收呼吸和出汗时排放到空气中的水分。

不过科研人员也坦言，喝下由尿转化而成的饮用水，确实会让一些人感到恶心。不过他们强调，“宇航员喝的毕竟不是尿，这些经过处理的水，实际上比大多数城市的市政饮用水还干净。”

展览中的“环境控制和生命支持系统”

今年秋天，这款航天服将进入真人试验阶段。科研人员计划在纽约召集100名志愿者，测试“沙丘”系统的舒适性和功能性。

设计者希望这款航天服能在2030年前，跟随由美国国家航空航天局主导的“埃尔忒弥斯”计划一起登陆月球南极，助力宇航员完成更加复杂的舱外任务。

让宇航员不再受憋尿和饮水的困扰！

诚然，随着人类对太空探索的逐步深入，谁能最大程度地回收和再利用资源，谁就能收获更有保障的研究氛围和成果。不过这可能需要宇航员稍稍克服一下心理障碍，暂时忘掉这些水的源头来自哪里!

尿液饮用水澳洲印象

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