IT|重口警告：航天员的尿液去哪了？( 二 ) 重口警告：航天员的尿液去哪

膜，作为一种薄薄的物理屏障，经常用于水处理过程。膜上分布的大大小小的孔和通道，可以允许小于孔径的分子通过，而截留大尺寸的颗粒或分子，从而实现过滤、分离的效果。通过控制膜的物理化学性质，可以选择性地限制溶剂（液体和气体）和溶质（离子、生物分子、胶体、细胞和悬浮固体等）是否可以通过薄膜。
在用于空间站水处理的新型薄膜设计和制备上，自然界为研究人员贡献了优秀的方案——水通道蛋白。作为一种跨膜蛋白，水通道蛋白几乎存在于每一种生物中，是一种选择性渗透的水通道。将其稳定放置于聚合物囊泡中，就可以嵌入到传统的聚酰胺薄膜中，作为活性层，使水更容易通过薄膜，而将盐离子和有机化合物截留下来。
此外，使用氧化石墨烯制备的反向渗透膜，利用其他物质不能通过，而水分子可以通过的原理，将这些杂质和水分离开，可以实现吸附、截留、抗菌等多重功能。

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氧化石墨反向渗透膜截留颜料而使水通过（图片来源：参考文献6）

但是这些先进技术仍需不断验证和改进。因为太空环境与陆地不同，有些在陆地上已经熟练应用的技术，在太空中未必可靠。因此仍然需要基础科学的改进和探索，才能加快其早日实现应用。
Part.4微生态生命支持系统：太空生存的保障
一旦进入相对孤立的太空，资源便不像陆地上唾手可得。包括上文中提到的水，各类资源的循环再利用都非常重要。
如果在回收尿液中的水分的同时，可以将其中的氮、钾、钠等生命必须的元素转化为安全有效的肥料，就可以在空间站或栖息地上用水培法种植蔬菜等可食用的植物。

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绿色蔬菜正在太空中生长（图片来源：NASA中文网）

2014年4月发射的SpaceX太空舱向国际空间站发送了一个生长箱，包括LED照明、排风、冷却系统等设备，用于蔬菜种植的测试。这种被称为Veggie的植物生长箱或许能为航天员们的食谱增添营养和心理慰藉，同时可用于失重环境中植物生长的研究。
自1987年，欧洲航天局提出了在空间站部署生物再生式生命保障系统的计划，如微生态生命支持系统方案（Micro-Ecological Life Support System Alternative （MELiSSA））。其核心理念是开发一种生物系统，将废物封闭在资源循环中，即将人类的排泄物和二氧化碳等转化为食物、水、氧气，从而使人类能够长期执行太空飞行任务。

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微生态生命支持系统示意图（图片来源：参考文献7）

为长期太空飞行任务提供可靠的生命支持是探索宇宙的必修课。因此无论是先进技术还是基础科学，都须不断验证。尽管任重道远，但人类探索宇宙星河的脚步从未停歇。
我们的征途是星辰大海，在此之前，我们要做的准备还有很多。
参考文献：
[1] Melanie T 。Pickett，Luke Roberson，Jorge Calabria，Talon Bullard，Gary Turner，Daniel H 。Yeh 。Regenerative Water Purification for Space Applications： Needs，Challenges，and Technologies towards “Closing the Loop”，https：//doi.org/10.1016/j.lssr.2019.10.002
[2] Federico Volpin，Umakant Badeti，Chen Wang，Jiaxi Jiang，J?rg Vogel，Stefano Freguia，Dena Fam，Jaeweon Cho，Sherub Phuntsho，Ho Kyong Shon 。Urine Treatment on the International Space Station： Current Practice and Novel Approaches，Membranes 2020，10，327 。