太空生存首先得過這一關：科學家繪制極端環境水循環路線圖

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國際空間站里的每一滴水都價值連城。將貨物運送到近地軌道的成本約為每公斤數萬美元，而宇航員每天需要消耗數升水。這意味著如果無法有效回收尿液和汗液，太空生活的賬單將高得離譜。

2026年2月，美國地球物理學會旗下期刊《水資源研究》發表綜述，系統梳理了從國際空間站現有裝置到未來火星基地的水循環技術路線圖。這份研究不僅盤點了光催化、生物反應器等前沿手段，更揭示了人類在地球之外建立閉環生態系統的核心難題。

國際空間站目前依賴環境控制與生命保障系統（ECLSS）處理廢水。該系統通過蒸餾、過濾和催化氧化等步驟，將宇航員的尿液和汗液轉化為飲用水，回收率已達90%以上。這套裝置存在一個致命短板：能耗過高。

研究人員指出，ECLSS的電力需求在現有航天器能源預算中占比過大。對于前往火星的長期任務，這種能源密集型設計難以維系。更糟糕的是，現有系統的機械部件需要頻繁維護，而深空環境中宇航員可執行的維修工作極為有限。

現有技術框架已觸碰天花板，突破迫在眉睫。

科學家正在探索多種低能耗替代方案。光催化技術利用特定波長的光激活催化劑，直接分解水中有機污染物，整個過程無需加熱，能耗顯著低于傳統蒸餾法。生物反應器則采用微生物燃料電池，在處理尿液的同時還能產生電能，實現"以廢產能"。

針對月球和火星的水源開發，研究團隊提出了針對性策略。月球南極的永久陰影區可能存在水冰，火星地下也蘊藏著大量冰凍水。獲取這些水資源需要破解兩大難題：一是從月壤或火星土壤中提取結合水，二是去除提取過程中混入的重金屬和鹽分。

離子交換系統和紫外線消毒技術被寄予厚望。前者可選擇性濾除溶解鹽類，后者能有效滅活病原體。

下一代太空水循環系統可能呈現完全不同的面貌。納米技術正在催生新型過濾膜，這種材料通過精確控制孔徑和表面特性，既能攔截納米級污染物，又不易發生膜污染堵塞。相比現有聚合物膜，納米材料膜的通量更高，使用壽命更長。

人工智能的介入則改變了系統運維邏輯。傳統水循環系統需要宇航員持續監控參數，而機器學習算法可以實時分析水質數據，自主調節過濾速度和化學藥劑投加量。這種自主管理能力對深空任務至關重要，因為火星與地球之間的通信延遲可達20分鐘，實時地面控制并不現實。

在這場太空水資源競賽中，中國已建立起完整的技術體系。天宮空間站配備的尿液處理系統采用蒸汽壓縮蒸餾技術，回收率超過80%，水質達到中國航天員飲用水標準。更值得關注的是，中國在關鍵材料領域已取得突破。

清華大學研究團隊開發的光催化膜反應器，在模擬太空微重力環境下展現出優異的污染物降解效率。中科院大連化學物理研究所研制的離子交換材料，對特定重金屬的吸附容量達到國際先進水平。此外，中國科學家在仿生過濾膜領域的研究，為開發抗污染、自清潔的太空水處理組件提供了新思路。

這些進展不僅服務于空間站運營，更為未來月球科研站和火星探測任務儲備了核心技術。在閉環生態系統構建這一關乎人類太空命運的領域，中國正從跟跑者轉變為并行者。

從國際空間站的昂貴水滴到火星基地的自給自足，水循環系統代表著人類太空生存能力的技術標尺。當納米膜遇上人工智能，當光催化結合生物反應，我們不僅在解決"喝水"這個具體問題，更是在搭建地球生命邁向深空的橋梁。這份路線圖提醒我們：在征服星辰大海之前，先得學會善待每一滴水。

David Bamidele Olawade et al, Sustainable Water Systems in Space: A Review of Current Technologies and Future Prospects, Water Resources Research (2026). DOI: 10.1029/2025wr041273