能饮用又能建基地 宇航员尿液或"走俏"月球

2020-06-11 | 见丰网
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能饮用又能建基地 宇航员尿液或"走俏"月球

自从美国总统特朗普制定了2024年前重返月球的计划后,美国宇航局(NASA)及其合作伙伴一直在为这一目标而努力。上个月底,NASA与三家公司签订了研发载人登月飞船的合同。但NASA的野心很大,登月也只是一个开始,NASA计划在2020年之前建立一个永久性的月球基地,作为前往火星的踏脚石。

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建造月球基地的新材料

如果宇航员想长期待在月球上,他们就必须了解如何在月球表面的风化层上生活。从地球运送所有物资的话费用太高,宇航员们将不得不创造性的利用月球表面的有限资源。月球上的泥土是一种很好的建筑材料,而且南极的水冰可以用于制造火箭燃料,但其中最热门的资源很可能是宇航员自己的尿液。

今年年初,欧洲一个研究团队证实,人类尿液中含量仅次于水的尿素,可以与月球上的泥土混合成为一种建筑材料。这种材料通常被称为地质聚合物,它具有与混凝土相似的特性,未来可能用于月球的着陆点、栖息地和其它基础设施的建造。

在地球上,地质聚合物经常被用作传统混凝土产品的环保替代品。水泥是混凝土的主要成分,制造过程不仅需要22度的高温,还会释放大量二氧化碳。但是地质聚合物根本不需要太多能量,而且水泥也被岩石粉末或者煤炭燃烧产生的粉末取代。当它与水和某些活性化合物混合时,就会产生一种类似于腻子一样的物质,可以塑造成任何我们需要的形状。

地质聚合物的缺点

在月球上,用砖建筑的效率太低,而且会限制建筑的种类,但3D打印技术可以建造更复杂的栖息地。未来月球上的大多数基础设施很可能将由工业3D打印机完成。月球表面的风化层与飞灰有相似的化学成分,这意味着地质聚合物是月球上一种极具吸引力的建筑材料。但地质聚合物也有缺点,它需要混合大量的水才能通过3D打印机的喷嘴流出。

欧洲航天局先进概念研究团队成员马里斯·安霍夫称:“月球表面的水是非常非常宝贵的资源,所以我们这项研究的主要目标之一就是如何减少地质聚合物所需的水量。”

高级减水剂能够用来降低混凝土和地质聚合物的用水量,并且保持其流动性,但在地球上通常使用的是萘和聚羧酸。安霍夫和同事们研究发现,尿素的效果也一样好,而且很容易在月球上找到,可以通过过滤宇航员尿液中的废弃物来收集尿素。

为了验证这一想法,研究人员将人造尿素粉末与月球尘土的模拟物混合,然后在3D打印机中进行了模拟。之后,他们将结果与传统的地质聚合物进行了比较。挪威东福尔大学的材料学家安娜·莉娜·基尼克森说:“这种材料表现相当不错,整体效果很好,尤其是在避免裂纹方面。”

充当宇航员的保护伞

这种聚合物还可以帮助宇航员在月球表面建造庇护所,为其阻挡危险的电离辐射。月球没有大气层或强磁场来阻挡太阳辐射,因此宇航员在月球表面长期停留会增加患癌风险。在地球上,地质聚合物已经成为存储核废料的候选材料之一,因此同样也能保护月球上的宇航员。

欧洲航天局正试图通过研究来确定以尿素为原材料的地质聚合物是否能有效屏蔽辐射。他们还需要证明是否能够在月球上制造出这种材料。在最近的研究中,安霍夫和同事们在室温的露天环境中制造出了地质聚合物。但月球表面的低重力和真空环境,让3D打印设备面临更高的挑战。地质聚合物还需要能够承受月球126到零下173摄氏度之间的巨大温度波动。

尿液可能不够用

美国中佛罗里达大学的行星科学家兼月球资源专家菲尔·梅茨格称,即使不含有尿素,地质聚合物也有希望替代传统的烧结方法,而后者也是科学家们正在探索的另一种月球基地建造方法。但这种方法需要借助大量的能量爆破风化层,使其熔化在一起。

但问题在于,在月球上很难获得能量。而且建造大型建筑需要一座兆瓦级规模的太阳能发电厂,并将其所有电力供给烧结设施。虽然以地质聚合物为基础的建筑更容易规模化,但梅茨格怀疑尿液能否最终成为月球上首选的高级减水剂。他认为,高级减水剂很可能会从地球运来或者从月球冰中开采出来。

梅茨格说:“我不知道月球上的尿液是否足够。我不认为会有那么多人在月球上撒尿。当然,NASA也不可能向月球发射装满尿液的火箭。”

用尿液种植蔬菜可能更适合

事实上,宇航员的尿液还有很多其它用途。比如回收并饮用,就像国际空间站的宇航员那样。尽管月球的南极有结冰的水,但目前还不清楚提取和使用的难度有多大。其中还可能含有汞和硫化氢等有毒物质,必须经过净化后才能供人类安全饮用。

即使人类最终能够饮用月球水,用宇航员的尿液制造地质聚合物仍然不是最好的选择。相反的是,它可能更适合种植蔬菜。尿素能够分解成氨和二氧化碳,而且某些类型的微生物擅长将氨转化为常见的肥料——硝酸盐。

这意味着尿液也可以在独立的生命支持系统中使用,除了回收水和还可以回收尿素用作蔬菜种植的肥料。德国航空航天中心的研究人员多年来一直在人类尿液中栽培蔬菜。2018年年底,他们还向地球轨道发射了一颗卫星,测试了以尿液为肥料的迷你温室模型。

在贫瘠的月球环境中,每一滴液体对于宇航员来说都是宝贵的资源。因此,无论是用作建筑材料、肥料还是维持生命,在人类进入太阳系冒险的过程中,尿液似乎都将发挥重要的作用。

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【责任编辑:阿诺】
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