與國際太空站（ISS）上的廢水管理系統不同，太空行走時的尿液不會被回收。目前，太空人在太空行走時必須在太空衣內解手。這不僅不舒服、不衛生，還造成浪費。康乃爾大學研究人員開發的新型太空衣尿液過濾系統可將太空人的尿液回收利用為飲用水，旨在提高未來月球和火星任務的舒適度和效率。

作為背包佩戴的整個系統的側視圖。來源：凱倫-莫拉萊斯

康乃爾大學的研究人員受科幻電影《沙丘》中”靜止服”的啟發，正在利用一種新型尿液收集和過濾系統來解決這個問題。與這些”靜止服”一樣，他們的原型也能吸收和淨化尿液，並將其回收利用為飲用水。

威爾康奈爾醫學院和康奈爾大學的研究人員、該研究的第一作者索菲亞-埃特林解釋說：”該設計包括一個基於真空的外部導管，它通向一個正反滲透組合裝置，提供持續的飲用水供應，並具有多重安全機制，以確保太空人的健康。

這項新設計最近發表在《太空科技前沿》。

用於男士最大吸收力服裝的尿液收集杯。圖片來源：Luca Bielski

2025 年和2026 年，美國國家航空暨太空總署計畫執行”阿特米斯二號”和”阿特米斯三號”任務，乘員將分別繞月飛行並在月球南極著陸。預計在這些任務之後，將於2030 年代初執行火星載人任務。然而，太空人長期以來一直抱怨現有的最大吸收力服裝（MAG）缺乏舒適性和衛生性，這是美國宇航局自20 世紀70 年代末以來一直使用的傳統宇航服的廢物管理系統，其功能類似於由超吸收聚合物製成的多層成人尿布。

作為背包佩戴的整個系統的後視圖。來源：凱倫-莫拉萊斯

據報道，MAG 已經出現洩漏問題，造成了健康問題，例如泌尿道感染和腸胃不適。此外，太空人目前的隨身飲料袋只有一公升水。埃特林說：”這對於計劃中的持續時間更長的月球太空行走來說是不夠的，因為太空行走可以持續十小時，在緊急情況下甚至可以長達24 小時。”

太空人還要求在未來的太空衣中減少裝入和排出太空衣內飲料袋中氣體所需的時間，並增加非咖啡因高能量飲料的單獨供應。

尿液收集服原型。圖片來源：克萊爾-沃爾特

考慮到所有這些目標，埃特林及其同事現在設計了一種尿液收集裝置，包括一件由多層柔性織物製成的內衣。它與一個矽膠模製的收集杯（女性和男性的收集杯形狀和大小各不相同）相連接，可用於生殖器周圍。

尿液收集杯的內面襯有聚酯超細纖維或尼龍-氨綸混紡物，可將尿液從人體吸走，然後流向收集杯的內面，再由真空泵吸走。與吸水水凝膠相連的RFID 標籤會對濕氣做出反應，啟動真空幫浦。

收集尿液後，尿液會被輸送到尿液過濾系統，在這裡，尿液會透過一個兩步驟、一體化的正向和反向滲透過濾系統以87% 的效率而循環利用。該系統利用濃度梯度去除尿液中的水分，並利用幫浦將水與鹽分分離。淨化後的水富含電解質，並被泵入潛水衣內的飲料袋中，再次飲用。收集和淨化500 毫升尿液只需五分鐘。

該系統整合了控制泵、感測器和液晶顯示屏，由20.5V 電池供電，容量為40 安培-小時。它的總尺寸為38 x 23 x 23 厘米，重量約為8 公斤：足夠小巧輕便，可以放在太空衣背上。

現在原型已經問世，可以在模擬條件下對新設計進行測試，隨後在實際太空行走中進行測試。

“我們的系統可以在模擬微重力條件下進行測試，因為微重力是我們必須考慮的主要空間因素。這些測試將確保系統在實際太空任務中部署前的功能性和安全性，”與埃特林同在一個研究所的教授、研究的第一作者克里斯多福-梅森博士總結。

編譯自/ ScitechDaily