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技术创新 | 将等离子体净水技术带入太空

作者:吴道琦,郝晓地等 发表时间:2022-04-20 16:23:38 来源:水业碳中和资讯

 寻求新技术突破

 南安普顿大学提出的一种在太空可以使用的等离子体原位净水新技术已获得英国政府资助。

 此前,英国研究与创新部门部长George Freeman宣布:将投入200万英镑用于推进英国航天局(UK Space Agency)旗下13个新太空技术项目研发工作。

 Freeman说:“除了取得新技术突破外,这些项目开展还将确保人类从新技术研发中获益,包括能够助力净零(Net Zero)碳排放的微型反应堆技术(Micro-reactor technology)。

 作为研发项目中一环,南安普顿大学将获得10万英镑,用于开发等离子体原位净水系统。

 获取安全可靠饮用水是长期太空任务所面临的最大挑战之一。由于直接携带整个任务周期中所需全部水量不现实,因此,空间站内水循环(Onboard water recycling)历来用于为宇航员提供所需饮用水资源。

 该团队正在探究一种能够在室温下运行的大气压非热等离子体(Non-thermal atmospheric plasma,NTP)

 然而,再生水可能含有已知和未知来源有机污染物,细菌和病毒等。这些可能是当前技术条件下净水系统难以净化的成分。

 

 空间站内水循环系统(图片来源:AQUATECH)

 探究非热等离子体

 南安普顿大学项目将探究一种新型非热等离子体净水技术的可行性,以去除水中生化污染物。

 该团队正在探究一种能够在室温下运行的大气压非热等离子体(Non-thermal atmospheric plasma,NTP)。然而,等离子体水处理技术有效性取决于等离子体化学成分和相关参数,而这又取决于NTP发生方法。

 当前主流NTP发生方法的原理是介电势垒放电(Dielectric barrier discharge,DBD)。DBD具有简单稳定的优势,但它也存在所产生的等离子体均质度低的缺陷。

 虽然这可以通过在漫反射放电模式下操作DBD予以改善,但这种放电模式转换机制很复杂,并且有许多物理和操作因素决定了转换效果,包括驱动电压、周遭气体环境组成和介电势垒材料性能等因素。

 该项目旨在改进均质非热等离子体发生方法,以及更好地了解放电转化和等离子体与液面之间的相互作用。

 水源在太空研发投资中占据重要位置

 南安普顿大学等离子体净水项目并不是唯一一个让水源成为焦点关注的项目。

 英国跨国航空航天和国防公司——劳斯莱斯(Rolls Royce)也获得了共计24.9万英镑款项,用于其劳斯莱斯太空反应堆计划(Rolls Royce Space Reactor Programme)研发。

 这家标志性工程公司正在开发一种用于太空作业独特的、可部署、安全和自主的微型反应堆。劳斯莱斯表示,它将加速人类对月球、火星及其它地区探索,为关键操作提供持续动力。

 除了取得新的技术突破外,这些项目开展还将确保人类从新技术研发中获益,包括能够助力净零(Net Zero)碳排放微型反应堆技术(Micro-reactor technology)

 此外,该技术将为人类对月球和火星探索任务中所需水、氧气和火箭燃料提供原动力。

 劳斯莱斯未来项目总监Abi Clayton说:“由于我们将英国航天局太空领域经验与我们自己独特核专业知识结合在一起,这就更加凸显了公私合营的真正价值”。

 同时,开放大学(the Open University)也获批17.4万英镑用于其微波加热验证机(Microwave Heating Demonstrator,MHD)有效载荷概念项目研发。该项目聚焦于将微波加热技术应用于月球建设和月壤中水资源提取。

 

 劳斯莱斯小型模块化反应堆项目(图片来源:Rolls Royce)

 水源vs尖端技术

 当太空探索技术获得资金的消息公布时,这不可避免地会引发一个问题,即,这笔钱若用于解决地球上的问题是否会更有意义。

 诚然,从长远来看,南安普顿大学等离子体净水项目将也会有益于地球上的问题解决。

 卫星就是一个典型例子。当其在冷战期间被发明时,它主要是用于防御性威慑。而现如今,许多新兴企业已在使用卫星技术来帮助监测和管理水源。

 随着南安普顿大学项目所提供的无化学水处理技术研发,它可以带来地球水资源净化技术的创新。

 等离子体向前一小步,或许是净水技术飞跃一大步?

 

 利用卫星技术改善水环境(图片来源:AQUATECH)


技术创新 | 将等离子体净水技术带入太空
南安普顿大学(University of Southampton)提出的一种在太空可以使用的等离子体原位净水新技术已获得英国政府资助。
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