尿液處理再生技術是空間站環境控制和生命保障系統的重要組成部分之一，為了實現空間站水資源的循環利用和最大可能減少空間站水補給量，尿液再生技術的主要功能是將空間站中航天員排泄的尿液進行收集、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，從而實現空間站用水的回收再利用。文章介紹了目前國內外發展較為成熟的尿液處理技術，如滲透蒸發膜技術和蒸氣壓縮蒸餾技術，以及正在研究中的新型技術：冷凍濃縮及真空旋轉蒸餾技術，并提出了未來發展方向。

　　引言

　　隨著航天技術的發展，載人航天器在空間運行的任務周期隨之加長，在以往的短周期任務中，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輸支持，但是在長期載人飛行的空間站中，如果消耗性資源通過地面供給，則會產生巨大的運輸及維護費用。因此，必須進行消耗性物質回收再生利用，將一些主要的消耗品如大氣和廢水回收再生并加以利用，減少地面后勤的負擔，降低運行費用。

　　空間站環境控制和生命保障技術就是實現航天載人器中消耗性物資的循環再利用。空間環境控制和生命保障技術包括氧氣再生系統，廢水再生系統，大氣壓力和成分控制，艙體溫度和濕度控制，衛生和廢物管理五個部分。在廢水再生系統中，廢水的來源包括二氧化碳還原，降溫除濕產生的冷凝水，生活廢水及乘員尿液。其中尿液處理是廢水處理環節中較為復雜及重要的一環。文章主要簡述空間尿液處理技術的基本原理，應用情況及發展方向。

　　1、空間尿液處理技術國內外發展現狀

　　生命保障技術中的尿液處理是空間站環控生保系統中的重要環節之一，為此，各航天大國都先后投入巨資和大量人力進行了長達數十年的研究。其中，俄羅斯主要采用滲透膜蒸發技術進行航天員尿液再生處理，其尿液再生系統已于1990年1月15日在“和平”號空間站上的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可達飲用水標準。目前在國際空間站的俄羅斯艙段中，還是采用改進后的滲透蒸發膜處理技術。

　　美國最具有代表性的尿液處理技術是蒸氣壓縮蒸餾技術(VCD)，從1962年起，美國開始對蒸氣壓縮蒸餾技術進行研究，并研制成功了第一代尿液處理與再生試驗樣機，到1991年，研制出十四代樣機。由于技術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作為空間站生保系統的一部分。NASA-Marshall空間飛行中心在1993～1997年間對VCD系統進行了全面測試，證實了VCD系統作為水再生系統重要組成部分的適宜性。目前，美國已將這項技術成功應用到國際空間站中的美國艙段中。

　　真空旋轉蒸餾技術也是水再生系統的一項重要技術，從1974年開始，烏克蘭基輔工學院開始進行旋轉蒸餾的基礎技術研究。1993年起，美國開始著手這項技術的研究。國內在尿液處理技術方面的起步比較晚，根據國內載人航天的需要以及國外研究的發展趨勢，從1988年起，國內開始對熱電膜蒸發尿處理技術進行跟蹤研究，經過多年的努力，已初步實現了水的循環再生，并在密閉實驗艙內進行了3人4天的實驗驗證。

　　總體來說，國內的載人航天事業起步較晚，技術基礎比較薄弱，對于尿液處理技術的研究還處于地面樣機研制階段，離工程應用還有較大的差距。

　　2、尿液處理的核心技術

　　2.1、廢水處理基本流程

　　圖1所示為空間站環控生保系統中廢水處理的基本流程，從圖中可以看出，進入循環系統的廢水包括航天器中乘員的生活廢水(衛生用水、食品用水)，乘員尿液及降溫除濕產生的冷凝水。生活廢水及降溫除濕產生的冷凝水由管路直接進入水處理子系統，尿液經過消毒、除臭等前處理設備預處理后進入水處理子系統。由水處理子系統處理的再生水進入貯水箱進入下一次循環應用。

圖1 廢水處理基本流程

　　從尿液進入水處理子系統的流程可以看出，尿液處理的關鍵有三個過程：尿液的預處理過程，尿液在水處理子系統中的處理過程以及再生水的后處理過程。

　　3、結束語

　　鑒于空間應用的特殊要求，空間站的尿液處理與回收是極為復雜的，經過各國長期的研究與實驗，已開發出多種適用于空間應用的尿液處理系統，可以看出無論哪種技術，其技術核心都是通過相變從尿液中獲得較為純凈的水，并有效利用相變產生的潛熱。從尿液處理技術的發展過程可以看出，在今后的研究中，如何更加有效的利用相變潛熱及優化系統結構以獲得更高的水再生率等是研究的主要方向。