電影《沙丘》中，有一顆名爲“阿拉基斯”的星球，星球表面到處是一望無際的沙漠。爲了生存下去，當地原住民研發出一款可以將體液轉化爲水的“蒸餾衣”，以便在黃沙中長時間行走。
最近，科學家們把電影中的情節變爲現實，研製出了能夠將尿液轉化爲飲用水的航天服。與科幻故事不同，他們的初衷相當務實，就是希望宇航員在進行艙外任務時，不必爲喝水和排泄的事情發愁。
據統計，2021~2023年間，國際空間站共進行了37次艙外任務，每次的平均時間爲6小時26分鐘。想象一下，哪怕在地球上，6個半小時不能喝水和上廁所都是一項頗具困難的挑戰，更何況是在深不可測的太空中。
當然了，宇航員並非完全不能排泄。當前，他們會在進行艙外任務時穿戴“最大量吸收服”(maximum absorbency garment)。“最大量吸收服”實際上就是一條成人紙尿褲，最多可以吸收1升尿液和75克糞便。
但“最大量吸收服”經常發生側漏，輕則導致糞便交叉污染，重則引發腸道不適及尿路感染。
進行調查時，一位宇航員坦言“到了某個時刻，已經分不清那片潮溼是汗水還是尿液”。有些宇航員因爲不想用“尿布”，在任務的前幾天便開始減少飲食，有可能影響工作狀態。
至於飲用水，當前，宇航員在艙外可以攜帶1升左右。然而，考慮到人在太空環境中本就容易脫水，外加執行任務需要消耗大量體力，區區兩瓶標準礦泉水的水量，實在難以滿足大部分航天員的需求。
爲了讓宇航員在執行艙外任務時更加舒適，科學家們研製出了這款特殊航天服。因爲靈感來自電影《沙丘》，所以設計者們也將它的尿液淨化設備稱爲“沙丘”系統。
“沙丘”系統的一端，是硅膠製成的尿液收集杯。爲了貼合生殖器官，男用和女用的杯型設計也有所不同。收集杯內置有溼度感應的真空泵，宇航員一排尿，真空泵就會被激活並將尿液運輸到最關鍵的過濾裝置中。
尿液過濾裝置運用的是正向滲透和反向滲透原理。
正如高中生物課所講，如果半透膜兩側的液體存在滲透壓差，那麼水分子會從低溶質濃度的一側(如清水)，自發進入高溶質濃度的一側(如鹽水)，這個過程就叫做正向滲透。
如果我們施加一個比滲透壓差還高的外力，那麼水分子就會反過來，從高溶質濃度的一側進入低溶質濃度的一側，這個過程叫反向滲透。
在過濾裝置中，尿液會先與高濃度鹽水發生一次正向滲透，使尿液中的水分進入鹽水。接着裝置會再讓鹽水進行一次反向滲透，使水分與鹽分分離，最終就得到了可以飲用的純水。
純水會被一根管道收集進航天服的飲水袋中，在那裏，“沙丘”系統會往水中加些電解質，以維持航天員的體液平衡，避免出現脫水和肌肉痙攣等症狀。
研究稱，這套系統將500毫升尿液轉化爲純水只需短短5分鐘，回收率可以達到86.8%。
其實在國際空間站上，將體液轉化爲飲用水已經是一項十分成熟的技術。空間站上的“環境控制和生命支持系統”更加精密，不僅可以把尿液的回收率提高至幾乎98%，甚至能回收呼吸和出汗時排放到空氣中的水分。
不過科研人員也坦言，喝下由尿轉化而成的飲用水，確實會讓一些人感到噁心。不過他們強調，“宇航員喝的畢竟不是尿，這些經過處理的水，實際上比大多數城市的市政飲用水還乾淨。”
今年秋天，這款航天服將進入真人試驗階段。科研人員計劃在紐約召集100名志願者，測試“沙丘”系統的舒適性和功能性。
設計者希望這款航天服能在2030年前，跟隨由美國國家航空航天局主導的“埃爾忒彌斯”計劃一起登陸月球南極，助力宇航員完成更加複雜的艙外任務。
誠然，隨着人類對太空探索的逐步深入，誰能最大程度地回收和再利用資源，誰就能收穫更有保障的研究氛圍和成果。不過這可能需要宇航員稍稍克服一下心理障礙，暫時忘掉這些水的源頭來自哪裏!
參考資料：
[1]https://www.frontiersin.org/journals/space-technologies/articles/10.3389/frspt.2024.1391200/full
[2]https://www.theguardian.com/science/article/2024/jul/12/scientists-design-spacesuit-that-can-turn-urine-into-drinking-water
[3]https://www.cnn.com/2024/07/12/science/prototype-spacesuit-recycles-urine-drinking-water-intl-scli/index.html#openweb-convo
[4]https://www.nasa.gov/missions/station/iss-research/nasa-achieves-water-recovery-milestone-on-international-space-station/