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水与发展纵论第17期:太空舱中的水再生循环

来源:本站原创 作者:本站编辑 2022-05-25 18:47:34 访问量统计:

 2022年5月21日上午,由中国环境科学学会水处理与回用专业委员会、苏州科技大学环境科学与工程学院、中国海洋大学环境科学与工程学院、清华大学环境学院主办,海洋环境与生态教育部重点实验室等多家单位联合协办的第17期“水与发展纵论”(WaterTalk)成功举办。本期论坛采用网络会议的形式进行。论坛由苏州科技大学原党委副书记黄勇教授主持,北京航空航天大学教授、“月宫一号”总设计师/首席科学家、国际宇航科学院院士刘红作了题为《太空舱中的水再生循环》的学术报告,来自全国31个省市区和港澳台地区及美国、英国等国家的环境领域的专家、学者、研究生及工程技术人员等2200余人通过腾讯会议、知网直播、尚云互联、蔻享学术等直播平台参加了此次会议。

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主讲专家刘红教授

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苏州科技大学原党委副书记黄勇教授主持会议


 刘红教授以“人类如何实现在太空长期生存”破题,针对太空中真空、宇宙射线、高温、低温等问题引出生存所需的舱室环境控制、生命保障系统和健康保障系统。其中与水循环息息相关的是生命保障系统,需要满足人在太空中生存所需的物质,并且必须原位再生循环利用。刘教授以国际空间站为例介绍了近地轨道空间站中的生命保障系统,比较指出了俄罗斯舱段与美国仓段在饮水储存与尿处理系统中的区别,展示了太空舱中水需求和产生的废水估算以及废水成分。她详细介绍了国际空间站的水处理系统,尤其是俄罗斯舱段的尿液处理系统核心——热电集成膜蒸发系统,和美国舱段的尿液处理装置核心——蒸汽压缩蒸馏设备。随后,刘红教授提出生物再生生命保障系统是地外生存所需构建的生命保障系统,目前各航天大国和组织投入大量人力物力开展此项研究,其中中国的技术指标做到了世界最好。她向大家展示了空间基地生物再生生命保障系统地基综合实验装置月宫一号的总体情况,介绍了其构成、核心与关键技术,并讲解了世界上首次成功实现“人-植物-动物-微生物”四环系统的“月宫105”实验和世界上时间最长、闭合度最高的BLSS地基模拟实验——“月宫365”实验。最后,刘红教授为大家播放了一段介绍“月宫一号”的视频资料,并展示了生物再生生命保障系统技术的发展路线,提出了空间站实验研究需求征集,表示会为国内外本领域专家开展陆生生态学有关的研究提供研究平台。


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刘红教授作学术报告

    报告结束后,参会者与刘红教授开展了热烈的讨论,更加深入地了解了太空舱中水循环再生的相关问题和环境专业在载人航天领域中发挥的巨大作用。最后,黄勇教授代表专业委员会向各承办、协办单位及知网等直播平台表示了感谢。

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参会者与刘红教授讨论互动

  此次报告向大家详细介绍了太空舱中的水处理系统、生物再生生命保障系统技术等相关内容,参会者认真聆听,纷纷表示此次论坛收获颇丰。

    以下是部分参加水与发展纵论的同学的参会感想:


今天我有幸参加了第17期Water Talk直播会议,本期国际宇航科学院院士, 北京航空航天大学的刘红教授为我们介绍了太空舱中的水再生循环,报告结束后我收获颇多。刘教授的报告主要介绍了空间基地生物再生生命保障系统地基综合实验装置——月宫一号及其水处理循环工艺。刘教授团队的月宫105号实验实现了世界上首次“人-植物-动物-微生物”四环系统,作为一名中国人我感到十分骄傲,作为一名相关研究人员也对此感到十分敬佩。人类要探索地外生存可能还有很长的路要走,期待在未来能够实现在月球的长期生存。

——中国海洋大学环境科学与工程学院研究生宋宇洋

2022年5月21日,很荣幸在Water Talk这个平台上参与刘红教授关于《太空舱中的水再生循环》的报告。“月宫一号”的设计师们根据对太空舱中人员需水量和废水产生量的估算、废水成分的分析,国际空间站俄罗斯舱段和美国舱段水处理技术的不同之处,引出生物再生生命保障系统的重要性与国内外研究现状,在研究人员的努力下,中国的再生生命保障系统指标已达最佳。月宫一号构成总体体积虽然不是很大,但是面面俱到。通过物质循环,系统平衡的核心建构了一个完整和谐的空间站。尽心尽力为宇航员们的基本需求提供保障,为中国在太空中的进一步探索做出了巨大贡献。多年的研究实践让更远处的宇宙成为可能,使我收获良多。

——北京工商大学生态环境学院研究生刘琨

人类实现在太空中长期生存主要依靠三大系统:舱室环境控制,生命保障系统,健康保障系统。其中生命保障系统主要满足人在太空中生存所需的物质,例如食物,氧气,水,二氧化碳粪便等废物处理。在太空舱中废水的成分主要为空气冷凝水,包含醇类物质如乙醇和乙二醇,其中在太空中人体尿液的钙镁离子浓度较在地面时高。然后想提问刘红教授两个问题,第一太空中的氧气如果是来自电解水的话,电解水所需要的电压是从哪里来的,这个水是地面携带的饮用水还是太空舱中产生的废水,其次电解水所需要的电压能否和微生物相结合来利用,构建生物电化学系统来处理太空舱产生的废水,第三是系统闭合度的问题,指水氧气食物的闭合,那么该系统的能耗情况是怎样的,在水循环过程中是否可以用低能耗的工艺去代替?

——中山大学博士生林松炜

今天有幸参加了刘红教授关于太空舱中水再生循环的报告。报告中刘老师提及到,生物再生生命保障系统是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合,构建由动物、植物、微生物组成的人工生态系统,人们生活所必需的物质,如水、氧气等在系统内循环再生,为人类提供生命保障。各航天大国和组织已经相继建立地基模拟闭合生态系统,目前中国的技术指标已经做到了最好。

刘老师还指出,月宫105实验首次实现了“人-植物-动物-微生物”四环系统,并且处理效果已经趋于稳定,水处理系统中的微生物演替已经趋于稳定。要以习近平总书记生态文明思想为指导,不断地推进科学技术研究,让科学技术在我国不断发展中发挥充分力量,不断增强综合国力,促进祖国的发展。

——中国海洋大学环境科学与工程学院研究生杜文静

5月21日上午,参与学习了刘红院士的《太空舱中的水再生循环》分享报告,刘老师为我们介绍了技术指标做到世界最好的生物再生生命保障系统“月宫一号”,其系统已达到“人—植物—动物—微生物”的“四生物链环”,让我大开眼界。“月宫一号”内部水物质循环再生达到100%,其中不同单元水都有各自的处理系统和处理方式,各处理单元间循环紧密,需求供给平衡,并且已经过长期实验的验证,令人钦佩并值得学习。报告后的提问环节也收获颇多,感谢刘老师的分享。

——北京工商大学生态环境学院研究生娄雨晴


太空中水的保障是一项重要的技术问题,各航天大国和组织投入大量人力物力开展这项研究。但是大部分人对于太空中再生水了解有限,通过刘教授对于她所设计“月宫1号”的实验的介绍,我对太空中再生水机制有了系统的了解。这是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合的再生水系统,我国的天宫105号实验就是基于这种系统,首次实现世界上“人-植物-动物-微生物”的四环闭合实验。空间站的生活污水和宇航员的尿液通过膜处理、紫外消毒、生物净化等水处理流程工艺,可以实现较好的有机物去除率,水质达到一定的指标。这不仅是世界上时间最长、闭合度最高的密闭生存实验,也是一项技术上的重大突破。通过这次报告我深刻意识到专业知识在科技强国的重要性,虽然我国科技水平已经走在世界前列,但是仍有许多“卡脖子”问题,只有自主研发才是我们的唯一出路。

——中国海洋大学环境科学与工程学院研究生许钰洁

今天有幸有聆听“月宫一号”总设计师北京航空航天大学刘红教授的报告。我学习到了很多关于太空舱内水再生的知识,刘红教授举了很多的例子,包括俄罗斯舱段的尿液处理系统、我国的月宫105实验等等。各航天大国和组织投入大量人力物力研究生物再生生命保障系统,我国的技术指标做到了世界最好。让我感受到了我们国家对航天相关领域的重视。刘红教授又指出月宫一号的核心就是物质循环、系统平衡和涉及的关键技术。刘红教授也水处理循环工艺流程。通过今天的学习,让我对水再生在航天领域的应用更加感兴趣和了解。

——北京工商大学生态环境学院研究生牛国华


今天有幸听了北京航天航空大学刘红教授的报告,让我受益匪浅。刘教授为我们介绍了近地轨道空间站的生命保障系统,讲解了相关原理及机制,让我们明白了在太空中的生命保障系统是如何运行的,以及太空舱中的水是如何实现了循环利用。目前,航天项目已经成为我国的一个重要战略目标,中国的航天技术也处于世界领先地位。刘教授的报告让我们对于不熟悉的领域有了更多的认识,也学到了很多东西。

——中国海洋大学环境科学与工程学院研究生王颖

 

水与发展纵论是以网络会议形式举办的公益性学术报告论坛,目的是给大家提供一个探讨水与社会经济发展、水与生态环境相互关系的高端平台,为促进水生态环境保护做出积极贡献。自3月28日成立以来,钱易院士、王晓昌教授、王金南院士、夏军院士、郝吉明院士、王浩院士、彭永臻院士、曹业始博士、夏青研究员、郑兴灿总工程师、侯立安院士、高宝玉教授、段昌群教授、杭世珺总工程师、于丹教授、常纪文研究员、王灿教授等顶尖专家的报告为水环境领域提供了思想盛宴,得到国内外专家学者和高校师生的广泛关注,受到了广泛好评,参会人数累计达到47,000余人,覆盖全国31个省市自治区和港澳台地区以及美国、英国等国家。



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