讓資源在太空“生生不息”
2020年5月5日，長征五號B運載火箭在文昌航天發射場發射成功，拉開了中國空間站在軌建造階段飛行任務的序幕。
再生式環控生保是空間站關鍵技術之一。2005年，在國家863計劃支持下，環控生保室已經開展了基礎研究等工作。2008年，再生式環控生保通過關鍵技術立項論證評審。
這十幾年來，環控生保科研團隊憑借著一股不服輸的勁頭兒，艱難起步、論證研製，攻克了大容量電解等關鍵技術難點，為空間站建造打下了堅實基礎。
在以往的載人飛行任務中，環控生保使用的是非再生技術，也就是航天員在太空生存所需的氧氣和水都從地面攜帶。隨著空間站任務一步步推進，航天員在太空駐留的時間越來越長，僅依靠地面攜帶已無法滿足要求，環控生保技術必須要從非再生走向再生。
再生式環控生保系統，顧名思義，就是實現水等消耗性資源的循環利用，保障航天員在軌長期駐留。這個系統可以收集航天員揮發的水分、排放的尿液，還有呼出的二氧化碳，然後把這些收集到的水汽、水和二氧化碳還原成航天員可在軌利用的氧氣和水。
再生式環控生保系統包括電解制氧、飲水收集與處理、尿處理、二氧化碳以及微量有害氣體去除等子系統。其中，水氣分離是不少子系統研發過程中都要面對的共同難題。
“微重力條件下，水氣處於混合狀態。”電解制氧團隊相關負責人解釋說，要在太空中進行電解制氧，將水電解成氧氣和氫氣後，還需要通過膜分離技術將氣體與液體分離。
合適的膜材料並不好找。電解制氧團隊一次次調研試驗，可研製出的膜材料重量和壽命仍不符合指標要求。後來，他們通過請教行業內資深專家，研究前沿論文，創新性地設計了新型膜結構。研製過程中，他們一次次碰壁，又一次次突破難關。最終，研製出的膜材料，壽命比最初提升了10倍，重量也下降到了最初的1／4。
如今，在中國空間站天和核心艙內，由電解水產生的氧氣，解決了航天員呼吸問題，大大降低了物資補給成本。這只是再生生保技術在空間站的運用之一。
“一年來，我們研製的尿處理和冷凝水收集裝置成功轉化了2600多公斤的水，為兩艘貨運飛船節省了將近一半的上行重量。”子系統負責人丁平自豪地說，“整個再生生保系統實現了氧氣資源100%再生，水資源80%再生。有了完整的再生系統，發射重量大大減少，每年能節約上行物資6噸左右。”
天上運行每一秒，地面牽動無數心
4月29日，天和核心艙已在軌運行滿一年。這意味著，環控生保系統也運行了一周年。
一年，365天，8760小時，525600分鐘……屏幕上，代表著環控生保系統運行時間的數字不斷跳動著。每分每秒，都牽動著環控生保科研人員的心。
“國際空間站20年的運行經驗表明，環控生保系統在軌故障率達到平均每年22起左右。”卞強介紹說，中國空間站環控生保系統也面臨著同樣的風險和挑戰。為了保證航天員安全，團隊工作人員在各階段全方位排查故障，還進行了高強度、多批次試驗，確保產品不帶任何隱患上天。
動態水氣分離器是尿處理子系統的核心部件。在進行正樣產品交付前，設計師鄧明君像往常一樣進行產品性能測試。電機通電運轉後，面板顯示一切正常。鄧明君並沒因此就放鬆警惕。突然，他發現電機運行噪聲似乎有點異常。
鄧明君將耳朵凑近電機仔細傾聽。經歷了近千次試驗，他對電機發出的噪聲再熟悉不過。以往的電機噪聲平穩而細膩，而這次的噪聲似乎有一絲“瑕疵”。他將手輕輕放在電機上，隱約感覺到了異常振動。
沒有猶豫，鄧明君果斷停止試驗。上報項目組領導決策後，他們將電機送回廠家進行拆解，成功排除了故障。 |
