中国空间站航天员尿液收集处理达标后，不再饮用！但另有重要用途

　　航天员的尿怎么处理？
　　3人6个月要喝多少水？
　　水从哪里来？
　　航天员王亚平表演太空喝水
　　航天员刘伯明表演太空功夫茶3名航天员半年要喝多少水？
　　如果是短期飞行，航天员一天需要饮水2。5升，如果在空间站长期在轨驻留，每天至少要喝3。5升水，这样才能预防肾脏结石，利于身体机能恢复。按照这个标准，神舟十三号乘组3人需要在中国空间站待6个月，大约需要喝掉1890升水，接近2吨。
　　虽然搭载神舟十三号飞船的长征二号F火箭，近地运载能力超过7。8吨，但是这些载荷是整个飞船所有的重量，而天舟二号货运飞船上行物资总重量高达6。8吨，天舟三号货运飞船内装载了近5吨的货物，这些载荷能力十分宝贵，如果带着全部的2吨饮用水上行是不现实的。
　　那怎么办？航天员的尿液怎么处理？
　　据刘伯明介绍，神舟十二号飞行任务前，天舟二号货运飞船只携带了够3个人第一周的用水量，而天舟三号也带了多组水箱上去，这些水箱确切地说是水囊，用轻质柔软的材料制成，里面存放着航天员的饮用水和其他生活用水。但是这些水量远远不够，剩下的就要利用一切可以循环利用的水了。
　　很多人都想到了航天员在太空中排放的尿液，还有个人卫生用水等。航天员的尿液处理后怎么用？不是担心尿液处理质量，而是没必要，这是为什么呢？因为我们喝下去的水，不止有排尿一个出路，还有出汗和呼吸出去的水蒸气，没想到吧！航天员生命保障系统，就是要算这笔细账，才能做到空间站里的水平衡。
　　我国空间站水回收技术研究的重点是针对舱内冷凝水和航天员尿液的净化技术。其中，航天员呼出的水蒸气会通过冷凝水的方式回收，排泄的尿液也会回收净化，重新作为饮用水和生活用水使用。但是有一点十分重要冷凝水、尿液需要各自独立的系统来处理，完全物理隔离。不过净化装置采用了基本相同的技术流程。
　　由于我们的货运飞船补给能力还不如美国和俄罗斯，这是现实，因此我国空间站水回收系统，在总体设计上有自己的特点：首先是总处理量相对要小，3人乘组的话，一天总处理能力不超过11公斤，其中包括冷凝水6公斤，尿液5公斤。其次是受到空间站体积的制约，水回收系统的总功率比较紧张。
　　接下来，工程师天张给大家好好聊聊这两部分水都分别干什么用，怎么处理？尿里到底有什么？怎么处理？干什么用？
　　人的尿液里95都是水，剩下的5是各种污染物，大约有100多种有机物和无机物。1升尿液中，含有1320克的尿素、812克的氯化钠，还有3克左右各种酸性物质。
　　尿液是低耐热的，其中包含的物质也很容易被细菌分解。如果温度超过60摄氏度，尿液就会被微生物分解成氨气和二氧化碳，氨气就是那种辣眼睛的物质，估计您体验过。如果长时间存放尿液容易产生沉淀。
　　对于尿液的处理，需要经过预处理尿蒸馏电解制氧的流程，最终供应航天员呼吸使用。看到了吗，这些尿液处理后最终并不是进口，而是进了鼻子。
　　（一）预处理。为了抑制尿液中微生物的生长，阻止有机物分解产生刺鼻难闻的氨气，降低后续蒸馏中氨的挥发，也要阻止尿液中无机盐类的结晶和沉淀，需要对尿液预处理。在参考了美国和俄罗斯的技术之后，我们选择向尿液中投加液态尿预处理剂方案，主要成分是浓硫酸和强氧化剂。
　　（二）尿蒸馏。使用这种技术，可以把污染物含量很高的尿液转化成微污染程度的尿蒸馏水。要把尿液中的水和少部分的有机物和无机物分离开，经济有效的办法还是蒸馏，让尿液变成水蒸气逸出，然后在凝结成液态水。但是尿液超过60摄氏度，氨气和有机污染物也会随之蒸馏出来，因此我国参考了美国的方案，采用低温蒸馏技术（VCD）。但是别忘了，在太空中是微重力环境，尿液和水蒸气不易分离，所以我们采用了旋转蒸馏技术，利用单桶旋转增加离心力，再配合小型的罗茨风机，对分离出来的水蒸气进行低压压缩，变成液态水。
　　美国在尿液回收方面，除了采用蒸气压缩蒸馏技术，还使用了热电综合膜蒸发技术，两种方法原理相同，回收水质量也相当，但整齐压缩蒸馏法相对更节能，效率也较高。
　　（三）电解制氧。
　　收集预处理的尿液，通过低温低压蒸汽压缩蒸馏后制得的再生水，不会再进入航天员的饮用水中，而是对这部分水电解制氧。它对水质的要求很高，接近超纯水标准。我们知道水分子是由氢原子和氧原子反应形成的。要想制得氧气，就需要对纯度满足要求的水进行电解，这样可以制得氢气和氧气，其中氧气供应航天员呼吸使用。
　　我国采用质子交换膜和静态水气分离技术，就可以在微重力环境下，高可靠地长期制得氧气。当然，为了保险起见，天舟三号还携带了气瓶，由特种复合材料制成，承压达到大气压的300倍，里面装的是氧气，别小看它，能供航天员使用很长时间。道理跟我们去高海拔地区，为了减缓高反，使用的氧气瓶类似。冷凝水怎么来的？怎么处理？干什么用？
　　大家容易忽视的就是航天员每天呼吸带出的水分，其实这部分水分比例还不小呢，整体看比收集的尿液还要多。因此在空间站的密闭环境中，通过空调系统可以收集冷凝水，但是这些冷凝水中也会含有多种污染物，需要去除。把这些水通过中温气相催化氧化电解银离子抑菌处理，冷凝水净化后达到饮用水标准，供航天员饮用。
　　（一）中温催化氧化。在一定的温度和压力下，使含污的冷凝水汽化，再通过反应床（里面有贵金属活性成分的催化剂），就可以把有机物彻底氧化成二氧化碳、水。而美国则采用连续过滤或者反渗透膜法，它的原理就跟我们家里使用的净水器原理类似。
　　（二）投加电解银离子。水中有银离子，可以起到抑菌的作用，而且本身无毒无味，入口后生成氯化银沉淀，对人体也是安全的。银离子的投加量只需要超过0。05毫克升就能抑菌，所以我国采用了电化学银离子发生器，可以实现在线添加，保证水中不会滋生微生物，确保饮用水质。还有别的水需要循环使用吗？
　　进入空间站生保循环系统的废水，还包括航天器中乘员的生活废水，比如部分洗漱卫生用水、食品用水等，这些也是可以收集的。当然还有汗液。
　　人在室温下，人出汗很少，专业上叫不显性出汗。一个成年人一天不显性出汗量大约500毫升（1斤）。汗液的成分主要是：99～99。5的水，0。5～1。0的有机盐和无机盐。此外还有皮肤产生的皮脂和皮脂腺细胞碎屑等物质。这些水分一部分蒸发到空气中，一部分被衣服吸附，一部分在皮肤上，在洗澡时会带入洗浴废水中，进而被收集处理，这里就不再详细介绍了。呼吸产生的二氧化碳怎么处理？
　　在中国空间站中，人体呼吸产生的二氧化碳，经过可再生吸附剂吸附，再利用舱外真空热解吸，就可以把二氧化碳排出空间站封闭的舱体。简单点通俗地说，就是用一种物质把二氧化碳逮住，然后放到空间站外的真空中，二氧化碳就会再次释放出来，然后吸附二氧化碳的物质就得到了再生，再拿进空间站里继续使用。
　　当然这种做法，使我们不经意间就损失了一部分碳原子和氧原子。后续还可以再增加二氧化碳的还原系统。整体技术路线就是把二氧化碳和电解水的副产物氢气结合，反应生成甲烷和水，这些水可以继续冷凝再净化处理后，供航天员饮用。
　　总结
　　尿收集预处理电解制氧气航天员呼吸
　　呼出的水蒸气冷凝净化航天员饮用
　　呼出的二氧化碳吸附空间站舱外排放