开拓新的商业版图,太空专用产品造福地球
06-29 08:19 星期二
方恒博

6月22日,宝洁公司(Procter&Gamble,简称P&G)发布的声明中提及宝洁旗下个人护理用品品牌汰渍(Tide)与美国国家航空航天局(简称NASA)合作签署了一项太空法案协议,以帮助开发太空中洗衣解决方案和技术,探索如何在资源有限的环境中有效清洁宇航员的衣服。

宝洁公司表示汰渍已经研发了专为在太空中使用而设计的完全可降解的洗涤剂,可以帮助宇航员解决衣物的清洁和去污问题,并且可以实现水循环。与此同时,该公司还在研发适用于太空的洗烘一体机。

2022年将在国际空间站上接受去污成分和性能测试的Tide To Go Wipes清洁湿巾
图片来源:tide.com

对于国际空间站美国国家实验室来说,这一研究满足了宇航员太空生活的需求。宝洁公司北美织物护理高级副总裁Aga Orlik认为,这一合作迫使宝洁重新思考在资源受限和具有挑战的环境下如何创新衣物清洁,同时在征服太空时代来临的背景之下,这一合作成果既可以运用于汰渍品牌未来在地球的发展,同时也适用于太空环境的未来洗衣方式。

清洁衣物是太空生活的重要需求

研发洗衣用品不只是满足宇航员日常换洗衣物的需求,也是运输与成本方面的考量。以神舟十二号为例,此次3位航天员将在太空空间站停留长达3个月,为了保障航天员在太空的工作生活,此次为航天员提供的一系列专用服装包括在空间站工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等,也包括常服、任务训练服、专用服饰等地面任务所需的服装。这些衣物伴随其它补给物资一同运抵天和核心舱。

东华大学设计的神舟十二号常服
图片来源:东华大学官网

太空常服必须定期替换

由于条件限制,在太空特殊的生活场景下,宇航员除了穿上特殊的抗菌衣服来延长穿着时间,也会避免频繁地更换衣物。美国宇航员唐・佩蒂特(Don Pettit)曾在结束航天任务后表示,他在国际空间站上生活时每3-4天才更换一次贴身衣物;日本宇航员若田光一(Koichi Wakata)2009年在太空进行贴身衣物抗菌测试时将近一个月穿着同一身。但在长期停留太空的背景下,替换衣物仍然无法避免。

为了对抗失重造成的肌肉和骨质疏松的影响,空间站宇航员需要每天进行两个小时的锻炼,在锻炼出汗的情况下,锻炼服以及贴身衣物无法避免有异味甚至变得僵硬。前NASA宇航员Leland Melvin表示,他们的T恤、短裤和袜子最后都会变得很脏,因此至少每周都要更换一身。

前NASA宇航员Leland Melvin
图片来源:happi.com

舱外航天服共享在所难免

在上世纪苏联“进步一号”货运飞船成功发射之后,现在运送上太空的货物更多采用人货分开的运输方式来增加货物的运载量,衣物便以货运形式被运输至太空。NASA曾表示货运飞船空间狭小且昂贵,既需要运载太空研究所需的材料,还需要满足宇航员的日常生活需求,其数据显示,宇航员每年在太空中需要150磅的换洗衣物(约等于68千克),这对于空间宝贵的货运飞船来说是个不小的重量。因此,宇航员们共享太空服在所难免。

由马斯克(Elon Musk)创办的民营天空运输公司Space X开发的龙货运飞船(SpaceX Dragon)
图片来源:NASA

和在地球上活动相同,在太空环境下,不同情况也需要穿戴不同服饰,其中以舱外航天服最为复杂。舱外航天服本质上能起到微型航天器的作用,在结构上分为6层:吸湿性、透气性良好的棉针织品制作的内衣层、羊毛丝棉等保暖性好的保暖层、控制体表温度的液冷服、保持压力的气密限制层、真空隔热层以及外罩防护层。内层的结构主要保证宇航员穿着的舒适感,外层的结构更注重宇航员的安全防护性能。

NASA舱外航天服的结构
图片来源:NASA

6层的服装除了穿脱复杂,还面临另一大问题:卫生。紧身的液冷服能够保证宇航员在太空环境中出汗的情况下吸走多余的热量,保持舒适的体温。但是运上太空的液冷服及其外的保护层数量有限,因此需要重复利用,不同的宇航员在舱外工作时可能会穿着同一套航天服。欧洲航天局(ESA)营救专家Christophe Lasseur也表示,在国际空间站上卫生始终是一个问题,总有一部分衣物需要共享。

欧洲航天局材料研究工程师Malgorzata Holynsk也提出:“受到生物污染的航天衣物,如舱外航天服中穿于内层的衣物,在长时间穿着下可能会造成舱外任务和宇航员健康方面的双重风险。”

穿着液冷服的NASA宇航员安德鲁∙福伊斯特尔Andrew J. Feustel
图片来源:NASA©James Blair

宝洁公司衣物清洁品牌Tide & Downy首席科学家Mary Johnson表示,定期更换干净衣服是人类的基本需求。除此之外,对NASA而言,减少货物飞船中宇航员衣物的重量意味着可以运输其他用于研究的材料,尤其是未来NASA还计划开启火星探测之旅,洗衣解决方案的发明与应用已经是无法回避的需求。

太空专用产品让地球生活更美好

从1958年美国航空航天局建立之初,它就没有局限于制造太空飞船和太空中使用的物品。美国《太空法案》规定,NASA所进行的研究和取得的进步应造福全人类。正如人类踏足月球第一人——美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong),他所穿月球靴成为了后来运动鞋制造的灵感来源,成就了今天具备减震、弹力性能的运动鞋。

持续研发的太空专用产品,一直在为民用市场带来创新灵感。

美国运动鞋品牌KangaROOS以月球靴减震材料为灵感设计的鞋
图片来源:aglxy.com

骨骼振动仪

在太空零重力环境下,宇航员面临骨密度下降、骨质疏松的风险,因此增强锻炼是所有宇航员的太空必修课。在锻炼以外,NASA发现振动可以造成高强度运动的假象,因此研究了适用于宇航员的全身振动机器,帮助宇航员减缓肌肉萎缩。

根据这一原适用于宇航员的太空产品,美国Bone Health Technologies Inc公司今年推出了Osteo Boost振动带,旨在通过振动来改善骨骼健康。该公司首席执行官Laura Yecies表示,髋部骨折的人中有20%在髋部骨折后的一年内死亡,另外40%的人失去了独立行动能力。这一针对髋部的腰带基于NASA的研究专门校准了振动频率和强度,能够缓解髋部的骨质疏松。

Osteo Boost振动带
图片来源:nsmedicaldevices.com

Osteo Boost振动带也因为其开创性获得了美国食品和药物管理局(FDA)颁发的“突破性设备”称号(Breakthrough Device Designation)。首席执行官Laura Yecies指出这一腰带适用于各类人群。

超级“净水”器

太空生活中水是非常稀缺的资源,各国目前均通过空间站的环境控制和生命支持系统实现水循环,为在空间站工作生活的宇航员提供清洁的空气和水。回收的饮用水除了从尿液回收之外,还包括了从国际空间站空气中过滤出来的水分,其中大部分是宇航员的汗水。NASA估计,平均每位宇航员在长达一年的任务中需要喝下730升回收自尿液和汗水的水。

空间站水循环的方式
图片来源:popsci.com

今年2月,诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)在执行NASA“商业补给服务”中运输了与主系统相关联的新的盐水处理组件,国际空间站美国国家实验室水循环系统负责人Layne Carter解释:“有了新的盐水处理器组件,我们将从尿液处理器产生的尿盐水中回收更多的水,从而使总回收率接近98%。”NASA在新闻稿中表示,它不仅可以提高太空中从尿盐水中回收水的能力,同时对于地球上水资源有限的地区也有潜在用途。这一技术将有助于实现长期载人勘探任务,并减少对地球水补给的需求。

新的盐水处理组件
图片来源:NASA©Robert Markowitz

太空冷藏柜

本次神舟十二号的多数补给物资均由天舟二号货运飞船运抵,部分医疗检测及保障物资对存储温度有着较高要求,需要存放在低温环境下,因此与物资一起送达的还有冷藏柜。这一冷藏柜既拥有出众的保温效果,同时不占用大量的货舱重量,可以实现最大化的空间利用。

冷藏柜由中国航天科工三院306所研究制成,“我们用气凝胶制成真空隔热板,搭载在货运飞船的低温冰柜上,相当于一个隔热性能和保冷性能特别好的‘超级冰箱’”,306所第五技术部主任李文静解释运作原理时说。第五技术部副主任刘圆圆介绍,不管外部环境怎么变化,都能保证柜里物资处于低温状态,保证物资的安全性和有效性。该所也开展了气凝胶真空隔热板在超级节能冰箱中的应用研究,致力于将太空产品的研究成果用于更广泛的领域。

中国航天科工三院306所第五技术部副主任刘圆圆介绍用于太空冷藏柜的真空隔热板
图片来源:新华网官方微博

航天科工三院306所院长柳晓辉今年在接受采访时表示,该所相当一部分应用于航天领域的研发技术已经实现了产业化落地;与此同时,306所将立足现有的航空产业的技术,面向民用市场的需求持续挖掘具备产业化潜力的发展项目,引领新一代材料及制造技术创新和行业变革。

截至NASA2019年的统计数据显示,已经有2000多个太空产品在地球上得到了应用,这些产品正在改善健康和医疗、交通、公共安全、消费品、计算机技术、环境、农业及工业活动等多个方面,NASA同时每年还在持续进行着太空产品在地球应用的研究。在人类太空探索不断深入,太空产品“民用化”持续推进的背景下,“太空专用”也将持续创造新的商业机会。

责编 | 若瑜

题图来源:kaspersky.com
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