未来的宇航员在贫瘠的外星地貌上跋涉时，可能会很快因为不必担心缺水——或者不舒服地处理自己的尿液——而减少恐惧，这要归功于一个受《沙丘》启发的新的尿液过滤系统。这个由康奈尔大学的研究人员创建的小型背包式设备，今天在Frontiers in Space Technology上详细介绍，它可以帮助探险家执行更长的太空任务，而无需携带沉重笨拙的水储备。它还可以帮助现代化宇航员当前处理生物废弃物的方法，而这些方法基本上就是相当于一个大的成人尿布。
新设备将使用一个小硅胶导尿管立即识别和吸收宇航员的尿液。车载集成反渗透和正向渗透系统将过滤掉毒素，并将剩余的液体储存为安全的饮用水。如果成功，研究人员表示，这种新颖的过滤系统将为宇航员提供“持续的饮用水供应”，使他们能够在不携带沉重水储备的情况下探索周围环境。这种简化的移动性可能会派上用场，特别是当美国宇航局计划在未来几年进行几次载人登月任务，并将科学探索放在首位时。
宇航员的尿太多，水太少
在太空行走期间排泄的过程并不光彩。目前的宇航服配有“最大吸水服装”（MAG），可以吸收自身重量 300 倍的液体。MAG，尽管名字缩写，但实际上是高度吸水的尿布，可以容纳约两升尿液、血液和粪便。这听起来可能很多，直到一个人意识到太空探险家可能需要离开厕所多久。宇航员预计每天排尿七次，而一次典型的太空行走用于维修或科学研究，平均持续六个半小时。（超过八小时的活动也并非闻所未闻）。
说得委婉一些，许多宇航员都不喜欢在进行那些至关重要、风险往往很高的工作时，臀部湿漉漉的。在某些情况下，研究人员说，宇航员选择少吃、低卡路里的食物，以减少宇航服产生的废物量。但这种策略可能会同时削弱他们身心最佳状态的能力。长时间穿着肮脏的 MAG 尿布也会固有地增加皮肤刺激甚至感染的几率。
“这无疑是一个不利于最佳表现或维护健康的环节，”研究人员写道。
但湿尿布只是问题的一半。太空行走是体力要求很高的操作，如果不充分补水，很容易导致脱水。目前的宇航服配有一个宇航服内饮水袋（IDB），里面只有 32 盎司（约 946 毫升）的水。过去模拟宇航员应对一次假设的太空漫游车故障时，宇航员消耗了他们分配的水量的 50%-100%。而这只是现在的情况。未来计划的阿尔忒弥斯任务登月和火星任务将需要宇航员在太空行走和探索任务上花费比现在长得多的时间。他们将需要更多的水才能在这些环境中生存。
“宇航员目前在他们的宇航服内饮水袋中只有一升水，”Weill Cornell Medicine 和康奈尔大学研究人员 Sofia Etlin 说。“这对于计划中的、持续时间更长的月球太空行走来说是不够的，月球太空行走可持续长达十个小时，在紧急情况下甚至长达 24 小时。”
康奈尔大学的研究人员认为，他们可能找到了一个解决方案，那就是一个原型“尿液收集装置”（UCD），它可以同时解决这两个问题。该装置将吸收宇航员排出的尿液，对其进行过滤，然后添加营养物质，制成可饮用的水。该过程不适用于粪便或汗水。总而言之，过滤一次典型的 100-500 毫升排尿过程应在五分钟内完成。如果这一切听起来很熟悉，那可能是因为该装置的概念与弗兰克·赫伯特 1965 年的科幻小说改编的电影《沙丘》中使用的“蒸馏服”相似。在那部小说中，弗雷曼人身穿全身覆盖着织物和管道的服装，能够将水分转化为宝贵的水。相比之下，UCD 要简陋得多。该装置呈硬质背包状，面积为 38X23 厘米，额外增加了八公斤（17 磅）的重量。
尿液过滤装置如何工作
实际上，新的过滤系统将用几层织物取代以前的尿布，这些织物可以很容易地让尿液通过。与旨在吸收大量尿液的旧 MAG 系统不同，UCD 需要相反，尽量少吸收液体。使用新系统的宇航员将佩戴一种性别特定的硅胶外部导尿管，看起来像一些运动员戴在生殖器上的“杯子”。附着在吸水水凝胶上的 RFID 标签使用湿度传感器来知道杯子何时装满液体。当杯子装满时，会触发真空泵将尿液输送到过滤装置。
一旦启动，尿液会通过一层抗菌织物，然后被泵送以限制其与宇航员皮肤的接触。然后，该装置使用集成的正向和反向渗透系统从尿液中过滤出盐和其他溶质。最终纯净的水被富含电解质，然后泵回宇航服的饮水袋中，宇航员可以在那里饮用。研究人员表示，该过滤系统的尿液到水的回收效率为 85%，最低回收率为 75%。整个过程由一个 20.5 伏的电池供电。
UCD 的初步原型设计已经开始。康奈尔大学生理学和生物物理学教授、研究首席作者 Christopher Mason 表示，该装置可以在模拟微重力条件下进行测试，这些条件与未来阿尔忒弥斯号宇航员可能遇到的情况相似。尽管该装置增加了额外的重量和电池方面的考虑，可能会使宇航服复杂化，但研究人员认为，在卫生和储水方面的权衡是“非常值得的”。
这实际上并不是第一次有人试图实现《沙丘》式蒸馏服的某些元素。就在上个月，YouTube 频道 Hacksmith Industries 的工程师使用个人防护装备（PPE）和备用电脑零件组合，制作了一套能够相对有效地将佩戴者汗水转化为饮用水的服装。在这种情况下，工程师在服装中嵌入了热电冷却器，将周围的湿气转化为液体。无论是 Hacksmith 的原型还是 UCD 过滤装置，都不是《沙丘》中服装的一对一替代品，但它们都是曾经只存在于科幻小说厚重书页中的理论设计的证明，这些设计可能会在重塑现实世界的科学事业中发挥作用。
