武汉纺织大学刘可帅教授、许多副教授,香港科技大学Alicia Kyoungjin An教授,苏州大学方剑教授团队合作撰写的综述文章:Exploring solar-powered water treatment in outer space: Technologies, challenges, and opportunities for sustainable space habitats在Space Habitation上成功发表。
文章摘要
本综述探讨了太阳能水处理(SWT)技术在应对太空探索中水资源循环利用和可持续发展挑战方面的关键作用。随着人类太空活动向地外环境拓展,对高效、自主的水处理系统的需求日益增长。太阳能水处理系统包括光热驱动和光伏驱动两种类型,在地球上已取得显著进展。然而,将其应用于太空环境仍面临严峻挑战。本文综述了太阳能水处理在支持宇航员生存、实现清洁能源生产以及推动太空产业发展等方面的潜在应用。此外,本文强调了材料科学、水处理技术和智能控制系统等多学科创新对优化极端太空条件下太阳能水处理性能的重要性。通过提供清洁用水和支持资源高效的生命支持系统,太阳能水处理有望成为长期太空任务的关键支撑技术。本研究全面阐述了太阳能水处理的现状和未来发展方向,旨在为相关研究提供指导,加速可持续太空探索活动的推进。
研究亮点
1 针对太空微重力、极端温度等特殊环境,解析太阳能水处理技术的适配性,为长期太空栖息地的水资源可持续利用提供解决方案。
2 光热驱动系统通过热力灭菌保障饮水安全,且在微重力环境可靠性强;光伏驱动系统可分解水为氢和氧,既供宇航员呼吸与推进剂使用,又能实现水循环,双模式提升系统韧性。
3 不仅为宇航员提供稳定饮用水,还能通过水-能源循环系统生产清洁能源,支撑太空农业与制造业,为太空产业发展奠定资源基础。
4 强调材料优化、技术整合与智能控制的协同突破,为 SWT 技术在太空的自主、高效运行指明研究方向,助力实现太空探索的可持续性。
文章导读
水作为维持生命的核心物质,其日常需求的满足需要有效且便捷的处理方法。过去十年,全球太空探索活动日益活跃,2024 年中国和美国的轨道发射量占全球近 80%。因此,水资源的安全可持续利用已成为亟待关注的关键问题。在太空环境中,航天器远离地球,依赖地面能源进行水处理面临巨大的技术和经济挑战。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源,在太空应用中展现出独特优势。在太空环境中,太阳能系统可不受昼夜循环和气象变化影响,持续收集能量,这一特性使其能够作为稳定的能源为持续的水处理提供动力。太阳能系统的应用使航天器能够实现能源自给和运行自主。
SWT技术因其卓越的可持续性以及与丰富太阳能的兼容性,已成为解决太空水资源循环利用挑战的关键研究焦点。水处理可通过光热驱动和光伏驱动两种能量转换方式实现。不可直接利用的水、受污染的水和废弃水都可通过太阳能水处理进行功能化处理,实现循环利用。处理后的水可为宇航员生存提供清洁用水,为设备运行提供清洁能源,并为进一步探索拓展太空活动范围。技术创新是推动太阳能水处理在太空中广泛应用的核心动力。包括发展材料科学、更新水处理技术、优化运行系统等相关措施,对推进太空中的太阳能水处理至关重要。本文将从多学科角度深入分析太空中太阳能水处理的特点、价值与创新(图1)。总体而言,太空中的太阳能水处理具有巨大的发展前景,但仍面临诸多挑战。
关于Space Habitation
Space Habitation(中文名《太空生存研究》)是重庆大学高水平学术期刊培育资助计划重点支持的专业学术期刊,期刊重点关注与外太空生存相关的科技问题,旨在刊载深空探索科技领域的最新研究进展和工程突破。
Space Habitation邀请王礼恒院士、包为民院士、钟志华院士担任学术顾问,主编由于登云院士和Jesus Matinez Frias院士担任,执行主编由教育部深空探测联合研究中心常务副主任、重庆大学空间科学研究院院长谢更新教授担任,执行副主编由重庆大学生命科学学院邱丹副教授担任,俄罗斯科学院生物化学物理研究所Galina S Nechitailo院士、法国天体物理学和行星科学研究所Michel Blanc院士和澳大利亚皇家墨尔本理工大学Graham E Dorrington教授担任副主编。来自超过20个国家和地区(包括中国、美国、俄罗斯、法国、西班牙、英国、澳大利亚、意大利、日本等)的90多名相关领域顶尖学者和青年才俊组成编委会。
编委团队(排名不分先后):
Space Habitation 刊文范围包括,但不限于:
1.Survival and protection in deep space
地外空间生存与防护
2.Aircraft design, control and transportation
飞行器设计、控制及交通
3.Extraterrestrial ecosystem construction and experimental verification
地外生态系统构建与实验验证
4.Mechanics and materials under extreme environment
极端环境力学与材料学
5.Communication, navigation and control in deep space
地外空间通讯、导航与控制
6.Patrol and exploration in deep space
地外空间巡视与探测
7.Synthetic biology and intelligent agriculture under extreme environment
合成生物学与逆境智慧农业
8.Space manufacturing, base construction, operation and maintenance
太空制造、基地建设与运营维护
9.Extraterrestrial space energy security and in-situ resource development and utilization
地外空间能源保障与原位资源开发利用
10.Space law, ethics and environmental protection
太空法律、伦理学与环境保护
期刊网址:
https://www.keaipublishing.com/en/journals/space-habitation
投稿链接:
https://www2.cloud.editorialmanager.com/spaceh/default2.aspx
编辑部邮箱:
spacehabitation@cqu.edu.cn
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