科学家受《沙丘》启发 开发出现实中的宇航"静止服"

与国际空间站（ISS）上的废水管理系统不同，太空行走时的尿液不会被回收利用。目前，宇航员在太空行走时必须在宇航服内解手。这不仅不舒服、不卫生，而且还造成浪费。康奈尔大学研究人员研制的新型宇航服尿液过滤系统可将宇航员的尿液回收利用为饮用水，旨在提高未来月球和火星任务的舒适度和效率。

作为背包佩戴的整个系统的侧视图。资料来源：凯伦-莫拉莱斯

康奈尔大学的研究人员受科幻电影《沙丘》中"静止服"的启发，正在利用一种新型尿液收集和过滤系统来解决这一问题。与这些"静止服"一样，他们的原型也能吸收和净化尿液，并将其回收利用为饮用水。

威尔-康奈尔医学院和康奈尔大学的研究人员、该研究的第一作者索菲亚-埃特林解释说："该设计包括一个基于真空的外部导管，它通向一个正反渗透组合装置，提供持续的饮用水供应，并具有多重安全机制，以确保宇航员的健康。"

这项新设计最近发表在《空间技术前沿》上。

用于男士最大吸收力服装的尿液收集杯。图片来源：Luca Bielski

2025 年和 2026 年，美国国家航空航天局计划执行"阿特米斯二号"和"阿特米斯三号"任务，乘员将分别绕月飞行并在月球南极着陆。预计在这些任务之后，将于 2030 年代初执行火星载人任务。然而，宇航员长期以来一直抱怨现有的最大吸收力服装（MAG）缺乏舒适性和卫生性，这种服装是美国宇航局自 20 世纪 70 年代末以来一直使用的传统宇航服的废物管理系统，其功能类似于由超吸收聚合物制成的多层成人尿布。

作为背包佩戴的整个系统的后视图。资料来源：凯伦-莫拉莱斯

据报道，MAG 已经出现过泄漏问题，造成了健康问题，如尿路感染和肠胃不适。此外，宇航员目前的随身饮料袋中只有一升水。埃特林说："这对于计划中的持续时间更长的月球太空行走来说是不够的，因为太空行走可以持续十小时，在紧急情况下甚至可以长达 24 小时。"

宇航员还要求在未来的宇航服中减少装入和排出宇航服内饮料袋中气体所需的时间，并增加非咖啡因高能量饮料的单独供应。

尿液收集服原型。图片来源：克莱尔-沃尔特

考虑到所有这些目标，埃特林及其同事现在设计出了一种尿液收集装置，包括一件由多层柔性织物制成的内衣。它与一个硅胶模制的收集杯（女性和男性的收集杯形状和大小各不相同）相连接，可用于生殖器周围。

尿液收集杯的内面衬有聚酯超细纤维或尼龙-氨纶混纺物，可将尿液从人体吸走，然后流向收集杯的内面，再由真空泵吸走。与吸水水凝胶相连的 RFID 标签会对湿气做出反应，从而启动真空泵。

收集尿液后，尿液会被输送到尿液过滤系统，在这里，尿液会通过一个两步式、一体化的正向和反向渗透过滤系统以 87% 的效率得到循环利用。该系统利用浓度梯度去除尿液中的水分，并利用泵将水与盐分分离。净化后的水富含电解质，并被泵入潜水衣内的饮料袋中，再次供饮用。收集和净化 500 毫升尿液只需五分钟。

该系统集成了控制泵、传感器和液晶显示屏，由 20.5V 电池供电，容量为 40 安培-小时。它的总尺寸为 38 x 23 x 23 厘米，重量约为 8 千克：足够小巧轻便，可以放在宇航服背上。

现在原型已经问世，可以在模拟条件下对新设计进行测试，随后在实际太空行走中进行测试。

"我们的系统可以在模拟微重力条件下进行测试，因为微重力是我们必须考虑的主要空间因素。这些测试将确保系统在实际太空任务中部署前的功能性和安全性，"与埃特林同在一个研究所的教授、该研究的第一作者克里斯托弗-梅森博士总结道。

编译自/ScitechDaily