尿液處理再生技術(shù)是空間站環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)的重要組成部分之一，為了實(shí)現(xiàn)空間站水資源的循環(huán)利用和最大可能減少空間站水補(bǔ)給量，尿液再生技術(shù)的主要功能是將空間站中航天員排泄的尿液進(jìn)行收集、處理和凈化，從尿液中提取水分用于電解水制氧或航天員生活用水，從而實(shí)現(xiàn)空間站用水的回收再利用。文章介紹了目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展較為成熟的尿液處理技術(shù)，如滲透蒸發(fā)膜技術(shù)和蒸氣壓縮蒸餾技術(shù)，以及正在研究中的新型技術(shù)：冷凍濃縮及真空旋轉(zhuǎn)蒸餾技術(shù)，并提出了未來發(fā)展方向。

　　引言

　　隨著航天技術(shù)的發(fā)展，載人航天器在空間運(yùn)行的任務(wù)周期隨之加長(zhǎng)，在以往的短周期任務(wù)中，航天員所需的消耗性物資及水可以通過地面與空間往返運(yùn)輸支持，但是在長(zhǎng)期載人飛行的空間站中，如果消耗性資源通過地面供給，則會(huì)產(chǎn)生巨大的運(yùn)輸及維護(hù)費(fèi)用。因此，必須進(jìn)行消耗性物質(zhì)回收再生利用，將一些主要的消耗品如大氣和廢水回收再生并加以利用，減少地面后勤的負(fù)擔(dān)，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　空間站環(huán)境控制和生命保障技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)航天載人器中消耗性物資的循環(huán)再利用。空間環(huán)境控制和生命保障技術(shù)包括氧氣再生系統(tǒng)，廢水再生系統(tǒng)，大氣壓力和成分控制，艙體溫度和濕度控制，衛(wèi)生和廢物管理五個(gè)部分。在廢水再生系統(tǒng)中，廢水的來源包括二氧化碳還原，降溫除濕產(chǎn)生的冷凝水，生活廢水及乘員尿液。其中尿液處理是廢水處理環(huán)節(jié)中較為復(fù)雜及重要的一環(huán)。文章主要簡(jiǎn)述空間尿液處理技術(shù)的基本原理，應(yīng)用情況及發(fā)展方向。

　　1、空間尿液處理技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　生命保障技術(shù)中的尿液處理是空間站環(huán)控生保系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)之一，為此，各航天大國(guó)都先后投入巨資和大量人力進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的研究。其中，俄羅斯主要采用滲透膜蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行航天員尿液再生處理，其尿液再生系統(tǒng)已于1990年1月15日在“和平”號(hào)空間站上的Kvant-2艙段上啟用，該裝置的處理能力為5 kg的H2O/day，尿液中的水回收率為80%左右。到1999年，該裝置已從尿液中回收了6 000 kg的再生水，回收后的再生水水質(zhì)可達(dá)飲用水標(biāo)準(zhǔn)。目前在國(guó)際空間站的俄羅斯艙段中，還是采用改進(jìn)后的滲透蒸發(fā)膜處理技術(shù)。

　　美國(guó)最具有代表性的尿液處理技術(shù)是蒸氣壓縮蒸餾技術(shù)(VCD)，從1962年起，美國(guó)開始對(duì)蒸氣壓縮蒸餾技術(shù)進(jìn)行研究，并研制成功了第一代尿液處理與再生試驗(yàn)樣機(jī)，到1991年，研制出十四代樣機(jī)。由于技術(shù)日益成熟和良好的處理效果，1992年NASA選擇蒸氣壓縮蒸餾系統(tǒng)作為空間站生保系統(tǒng)的一部分。NASA-Marshall空間飛行中心在1993～1997年間對(duì)VCD系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試，證實(shí)了VCD系統(tǒng)作為水再生系統(tǒng)重要組成部分的適宜性。目前，美國(guó)已將這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用到國(guó)際空間站中的美國(guó)艙段中。

　　真空旋轉(zhuǎn)蒸餾技術(shù)也是水再生系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)，從1974年開始，烏克蘭基輔工學(xué)院開始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸餾的基礎(chǔ)技術(shù)研究。1993年起，美國(guó)開始著手這項(xiàng)技術(shù)的研究。國(guó)內(nèi)在尿液處理技術(shù)方面的起步比較晚，根據(jù)國(guó)內(nèi)載人航天的需要以及國(guó)外研究的發(fā)展趨勢(shì)，從1988年起，國(guó)內(nèi)開始對(duì)熱電膜蒸發(fā)尿處理技術(shù)進(jìn)行跟蹤研究，經(jīng)過多年的努力，已初步實(shí)現(xiàn)了水的循環(huán)再生，并在密閉實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)進(jìn)行了3人4天的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　總體來說，國(guó)內(nèi)的載人航天事業(yè)起步較晚，技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，對(duì)于尿液處理技術(shù)的研究還處于地面樣機(jī)研制階段，離工程應(yīng)用還有較大的差距。

　　2、尿液處理的核心技術(shù)

　　2.1、廢水處理基本流程

　　圖1所示為空間站環(huán)控生保系統(tǒng)中廢水處理的基本流程，從圖中可以看出，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的廢水包括航天器中乘員的生活廢水(衛(wèi)生用水、食品用水)，乘員尿液及降溫除濕產(chǎn)生的冷凝水。生活廢水及降溫除濕產(chǎn)生的冷凝水由管路直接進(jìn)入水處理子系統(tǒng)，尿液經(jīng)過消毒、除臭等前處理設(shè)備預(yù)處理后進(jìn)入水處理子系統(tǒng)。由水處理子系統(tǒng)處理的再生水進(jìn)入貯水箱進(jìn)入下一次循環(huán)應(yīng)用。

圖1 廢水處理基本流程

　　從尿液進(jìn)入水處理子系統(tǒng)的流程可以看出，尿液處理的關(guān)鍵有三個(gè)過程：尿液的預(yù)處理過程，尿液在水處理子系統(tǒng)中的處理過程以及再生水的后處理過程。

　　3、結(jié)束語

　　鑒于空間應(yīng)用的特殊要求，空間站的尿液處理與回收是極為復(fù)雜的，經(jīng)過各國(guó)長(zhǎng)期的研究與實(shí)驗(yàn)，已開發(fā)出多種適用于空間應(yīng)用的尿液處理系統(tǒng)，可以看出無論哪種技術(shù)，其技術(shù)核心都是通過相變從尿液中獲得較為純凈的水，并有效利用相變產(chǎn)生的潛熱。從尿液處理技術(shù)的發(fā)展過程可以看出，在今后的研究中，如何更加有效的利用相變潛熱及優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以獲得更高的水再生率等是研究的主要方向。