让资源在太空“生生不息”
2020年5月5日，长征五号B运载火箭在文昌航天发射场发射成功，拉开了中国空间站在轨建造阶段飞行任务的序幕。
再生式环控生保是空间站关键技术之一。2005年，在国家863计划支持下，环控生保室已经开展了基础研究等工作。2008年，再生式环控生保通过关键技术立项论证评审。
这十几年来，环控生保科研团队凭借着一股不服输的劲头儿，艰难起步、论证研制，攻克了大容量电解等关键技术难点，为空间站建造打下了坚实基础。
在以往的载人飞行任务中，环控生保使用的是非再生技术，也就是航天员在太空生存所需的氧气和水都从地面携带。随着空间站任务一步步推进，航天员在太空驻留的时间越来越长，仅依靠地面携带已无法满足要求，环控生保技术必须要从非再生走向再生。
再生式环控生保系统，顾名思义，就是实现水等消耗性资源的循环利用，保障航天员在轨长期驻留。这个系统可以收集航天员挥发的水分、排放的尿液，还有呼出的二氧化碳，然后把这些收集到的水汽、水和二氧化碳还原成航天员可在轨利用的氧气和水。
再生式环控生保系统包括电解制氧、饮水收集与处理、尿处理、二氧化碳以及微量有害气体去除等子系统。其中，水气分离是不少子系统研发过程中都要面对的共同难题。
“微重力条件下，水气处于混合状态。”电解制氧团队相关负责人解释说，要在太空中进行电解制氧，将水电解成氧气和氢气后，还需要通过膜分离技术将气体与液体分离。
合适的膜材料并不好找。电解制氧团队一次次调研试验，可研制出的膜材料重量和寿命仍不符合指标要求。后来，他们通过请教行业内资深专家，研究前沿论文，创新性地设计了新型膜结构。研制过程中，他们一次次碰壁，又一次次突破难关。最终，研制出的膜材料，寿命比最初提升了10倍，重量也下降到了最初的1／4。
如今，在中国空间站天和核心舱内，由电解水产生的氧气，解决了航天员呼吸问题，大大降低了物资补给成本。这只是再生生保技术在空间站的运用之一。
“一年来，我们研制的尿处理和冷凝水收集装置成功转化了2600多公斤的水，为两艘货运飞船节省了将近一半的上行重量。”子系统负责人丁平自豪地说，“整个再生生保系统实现了氧气资源100%再生，水资源80%再生。有了完整的再生系统，发射重量大大减少，每年能节约上行物资6吨左右。”
天上运行每一秒，地面牵动无数心
4月29日，天和核心舱已在轨运行满一年。这意味着，环控生保系统也运行了一周年。
一年，365天，8760小时，525600分钟……屏幕上，代表着环控生保系统运行时间的数字不断跳动着。每分每秒，都牵动着环控生保科研人员的心。
“国际空间站20年的运行经验表明，环控生保系统在轨故障率达到平均每年22起左右。”卞强介绍说，中国空间站环控生保系统也面临着同样的风险和挑战。为了保证航天员安全，团队工作人员在各阶段全方位排查故障，还进行了高强度、多批次试验，确保产品不带任何隐患上天。
动态水气分离器是尿处理子系统的核心部件。在进行正样产品交付前，设计师邓明君像往常一样进行产品性能测试。电机通电运转后，面板显示一切正常。邓明君并没因此就放松警惕。突然，他发现电机运行噪声似乎有点异常。
邓明君将耳朵凑近电机仔细倾听。经历了近千次试验，他对电机发出的噪声再熟悉不过。以往的电机噪声平稳而细腻，而这次的噪声似乎有一丝“瑕疵”。他将手轻轻放在电机上，隐约感觉到了异常振动。
没有犹豫，邓明君果断停止试验。上报项目组领导决策后，他们将电机送回厂家进行拆解，成功排除了故障。 |
