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NASA竟打算让宇航员在太空吃大便?

Posted On By smile

  来源:中国科普博览

  享受完大自然的召唤后,轻轻按动马桶按钮,继而神清气爽的回到正常的工作生活中——这是大多数人完成五谷轮回工作的流程。楼宇的上下水系统和城市的排水与污水处理系统,则会将我们排出的废弃物进行处理后交还给自然。然而,在太空之中,地面上司空见惯的一切都会变得相当复杂,上厕所也不例外。

  日前,有“好事”的科学家,打起了变废为宝的主意,竟然希望宇航员排出去的东西经过加工后,能够重新回到宇航员的嘴中。当然,科学家们并非是要让宇航员们直接吃便便。使大便变废为宝的,正是让我们又爱又恨的细菌微生物。

  一趟食物短缺的远门

  目前,唯一能支持宇航员在太空中长时间驻留的航天器是国际空间站。在那里,货运飞船会定期造访,运来所需要的补给。但除了美国SpaceX的货运型龙飞船之外,其他的几种货运飞船都没有较强的下行运载能力,飞船在送完货返回地面的过程中,会直接在大气层中焚毁。不过实际上,这些货运飞船也不是空手而归——宇航员们会将他们的便便打包放进货运飞船中,与飞船一同化作天际中的流星。在打包前,便便会经过酸性与强氧化性物质的稳定处理,还会被烘干。虽然便便在被抛弃前,要经历相对复杂的处理过程,但国际空间站并没有将便便变废为宝的装置。毕竟地球近在咫尺,新的补给能够源源不断的由地面送来。


国际空间站上的厕所。(图片来源:NASA)

  然而,如果你想离开近地轨道,往火星甚至更远的地方进发,食物供给就会成为一个问题。通过转移轨道去往火星的飞行大概需要将近9个月的时间。对于最初登陆火星的宇航员,到达火星之后并没有“宇宙尽头的餐馆”能为他们接风洗尘。在一片荒芜的世界中,他们要依靠从地球带来的补给在火星表面生活,还要依靠这些补给完成为期同样为将近9个月的回程。由于技术条件或是经费的限制,在这个漫漫旅程中,他们可能很难得到来自地球的二次补给。

  可能你会说,让飞船多携带一些给养不就可以了吗?然而对于现在的航天运载能力来说,即便是目前地表最强的猎鹰重型火箭,也只能在理论上将16.8吨的载荷送到火星轨道。这可用的运载能力被飞船的各种设备和宇航员本身消耗的七七八八后,能够搭载食品的重量也就非常有限了。

  于是,对物质进行循环利用,在太空飞行中产生食品。就变得相当有必要了。除了去往火星,未来当人类飞的更远,去往太阳系边缘甚至飞出太阳系时,这项工作的重要性也许会变得更高。

  让细菌来帮忙

  在目前的解决方案中,有不少科学家和技术人员提出在太空中种植植物。这种方案发展的相对成熟,我国的天宫二号就曾经进行过太空种菜的试验。但植物提供的蛋白质和脂肪相对有限,不能支撑一个比较合理的膳食结构。为了产生蛋白质更为富集的食品,科学家们盯上了人类的便便。毕竟,那里面含有大量的氮元素和碳元素,理论上具备合成蛋白质食物的可能。

  当然,如果你让宇航员直接在太空吃便便,不但起不到补充营养的作用,还会让普罗大众不会再把宇航员当做梦想中的职业。

  在NASA资助美国宾夕法尼亚大学的科研人员完成的一项研究中,科学家们找到了与人类相爱相杀的细菌来完成变粪为宝的工作。他们制作了一个管桩的实验装置,将与人类粪便化学性质类似的实验替代品(谁都不想实验室臭气熏天)装入装置之中,同时还放进去了两种细菌。这两种细菌,一种负责通过厌氧消化过程,从粪便中产生甲烷和含氮气体,而另一种则以这两种气体为食物,进一步产生蛋白质和脂肪。最终,宇航员们食用的就是这些细菌所生产的食物。在目前的实验中,这种食物的性状看起来像是龟苓膏或是魔芋块,口感应该不会太差。这种食物里含有52%的蛋白质和36%的脂肪,看起来营养比例也不错。

  吃细菌并不是什么大不了的事情,酸奶爱好者们每天都将大量承担发酵工作的细菌摄入体内。未来可能供宇航员们食用的细菌食物,目前也广泛被运用于畜牧业的饲料中,具备基本的安全性。同时,科学家们为了提供更加安全的食物生长环境,还尝试了在一般微生物难以耐受的环境下使用特别的微生物来生产食物。例如,他们将实验装置的温度提高到了70摄氏度。在这样的温度下,一般的微生物都会被杀死,但科学家们选择的栖热水生菌,不但能在这种环境下愉快的生活,还能生产出对于胖子更加友好的食物——蛋白质含量被提高到了61%,而脂肪含量下降到了16%。不过,由于运输胖子宇航员会多消耗一些运载能力,在全世界人民没有普遍发胖的情况下,胖子上天的希望似乎不大。

  不过,目前还没有实质性的载人登陆火星计划进入实施阶段,这项研究的目的也是为未来的可能应用储备技术。因此,宇航员们暂时不用担心自己的食谱里出现便便蛋白质酱这个选项了。

  肥水不流外人田

  实际上,在国际空间站工作过的宇航员,可能稍微进行一些心理建设后,就能接受粪便产生的食物,因为他们已经在太空中畅饮了很久尿液产生的饮水。


肯尼迪航天中心的工作人员正在向媒体展示即将运往国际空间站的水循环系统。(图片来源:NASA)

  2008年,在航天飞机还未退役的年代,奋进号航天飞机将一套价值2.5亿美元的水循环系统运抵国际空间站。这套系统的功能是收集宇航员们的排出的尿液、蒸发到空气中的汗液和呼出到空气中的水蒸气,经过净化处理后生成可饮用的水。在测试了一段时间后,系统产生的饮用水样本被发现号航天飞机运回地面。经过检测,NASA认为系统的工作状况是令人满意的,产生的饮用水可以安全使用。自那之后,宇航员们就开始将自己排出体外的水又喝回来,真真是肥水不流外人田。


国际空间站宇航员正在快乐的引用由尿液净化得到的纯净水。(图片来源:NASA)

  除此之外,粪便还有别的潜在用处。修沼气池,从人和牲畜的粪便中产生甲烷燃料,是中国农村地区一种绿色的能源来源。而在NASA支持的另一项研究中,美国佛罗里达大学的研究人员研究了利用宇航员粪便产生甲烷,进而将甲烷用作飞船燃料的可能性。这项研究希望未来月球表面建成长期有人驻留的基地后,月球沼气池产生的沼气可以为宇航员们驾驶飞船返回地球提供足够的东西。这样,他们在出发时加够去程的“油”就可以了,回程的“油”则由自己的消化道与各种微生物携手产生。通过实验,研究人员们发现通过人类排泄物不但能够产生甲烷,顺便还能产生不少水。当然,研究人员们并不打算把这种水再灌进宇航员嘴里,而是计划通过电解产生氢气和氧气,作为后备的气体来源。