去火星探索的宇航员可能要喝“尿制纯净水”了…

你愿意背负自己的尿液前行吗？

未来登上火星的宇航员大概是愿意的，因为这能让他们在穿过干旱贫瘠的红色景观时，不必担心缺水问题以及尿在成人尿布里的糟糕体验。

根据《太空技术前沿》（Frontiers in Space Technology）杂志的最新报道，美国康奈尔大学的研究团队设计了一款小型背包式的新型尿液过滤系统，该装备的灵感来自科幻经典《沙丘》，未来有望帮助探索者更健康舒适，也更持久地开展太空任务——无需携带笨重的水储备，也不必再忍受目前宇航服中那如同成人尿布般简陋的生物废物处理系统。

现阶段的宇航服采用所谓“最大吸收服”（MAG）用于承受人体代谢废物。据称，MAG可吸收约300倍于人体重量的液体，能容纳约2升尿液、血液和粪便。听起来似乎容量很大了，但要知道，太空探险者远离厕所的时间可能非常久，一次旨在维修或科研的寻常太空行走平均持续6.5小时，超过8小时也不稀奇，而宇航员每天小便的次数在7次左右。

无论名字听起来多专业，MAG本质上只是一种吸水性极强的尿布。

超大号尿布MAG

另一方面，宇航员也必不乐意穿着一个充满废物的大号尿布开展至关重要且风险很高的外星作业。科学家表示，在某些情况下，宇航员会选择摄入少量、低热量的清淡食物，以减少废物产量。但这种策略会使他们在身心两方面都达不到最佳状态。（长时间穿着肮脏的MAG尿布也会增加皮肤刺激甚至感染风险。）

太空行走任务对体能要求很高，如果宇航员没补足水，很容易发生脱水。目前的宇航服配备一个所谓的“衣内饮水袋”（In-Suit Drink Bag，IDB），袋内可装32盎司（约907克）水。此前的模拟工作显示，宇航员应对太空中可能出现的探测车故障时，要消耗分配给他们的水总量的50%~100%。未来阿尔忒弥斯月球和火星任务所要求的太空行走和探索任务会花费比现在更长的时间。

康奈尔大学研究人员索菲亚·埃特林（Sofia Etlin）表示：“现在宇航员的IDB就装了1升水左右。这对我们计划的长期月球太空行走来说不够。太空行走可能持续10个小时，甚至在紧急情况下长达24小时。”

康奈尔大学团队研发出的新型尿液过滤系统，或者说“尿液收集装置”（UCD），可同时解决排泄与喝水两个问题。

UCD利用一个特制的小型硅胶导尿管（从形状看，叫“导尿杯”更合适）即刻识别并收集宇航员尿液。

上图展示了导尿杯的CAD模型。左侧男款，右侧女款。导尿杯的形状类似一些运动员出于保护目的而戴在生殖器部位的“杯子”

专为男性生殖器提供安全保障的运动保护杯

导尿杯内的多层织物具有抗菌性，也含吸水凝胶，凝胶附有射频识别（RFID）标签，借助湿度检测器得知杯子何时盛满尿液。杯子装满后，会触发真空泵将尿液送往过滤装置。

过滤装置如背包般负载于宇航员背部。使用集成的正向和反向渗透系统从尿液中过滤出盐和其他溶质，并添加营养物质，最终得到富含电解质的纯净水。纯净水会被泵回宇航服的饮水袋内。（当然需要指出，该过程不适用于粪便或汗液。）

研究人员预期，过滤系统的尿液回收率可以高达85%，尿液-水的转化率最低也要达到75%。整个回收转化过程由20.5伏电池供电。

UCD过滤部分的后视图和侧视图

在弗兰克·赫伯特（Frank Herbert）的科幻小说《沙丘》中，居住于沙漠星球的土著弗雷曼人发明了一种“蒸馏服”。这是一套高效的回收过滤系统，穿着它的人从头到脚被织物和管子包裹，服装内的装置从脚底开始收集全身所有代谢废液，并将其转化成饮用水。

显然，科幻概念为工程设计提供了灵感。不过“尿液收集装置”UCD比弗雷曼人用的系统小很多，其过滤部分形似背包，长宽为38x23，重8公斤，可于5分钟内过滤100~500毫升尿液。

新研究的主要作者、康奈尔大学生理学和生物物理学教授克里斯托弗·梅森（Christopher Mason）表示，UCD可在模拟微重力条件（类似于未来阿尔忒弥斯任务的宇航员可能经历的条件）下进行测试。虽然该设备确实会增加宇航服的重量和电池需求，可能令设计复杂化，但它在卫生和储水方面的优势“非常值得”。