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航天员们如何喝上一杯热豆浆?

2022-04-06 11:37:36来源: 科技日报

为了让执行长期太空任务的航天员吃上营养丰富的热饭,喝上一杯热豆浆,中国航天员科研训练中心联动企业共同开发,引入全新的理念和思路,探索出让航天员在太空生活更加健康、舒适的解决方案。

神舟十三号的3位航天员即将圆满完成任务,返回地面。对李工来说,他既期待着航天员们的凯旋,也关注着他们在太空里的饮食情况。

李工是九阳股份有限公司(以下简称“九阳”)太空厨房项目部副总设计师。他和同事们或主导或参与研发了4套技术进入“天宫”,为航天员提供生活保障。这4套技术分别是热风加热装置、饮水分配器、“太空豆浆”以及智能物联控制App。在“天宫”里,热风加热装置用来加热航天食品及制作酸奶,饮水分配器用来滤除含银原水并定量供应航天员饮用水,智能App用来控制空间站所有厨房产品,而“太空豆浆”可在太空环境下冲饮。

太空中吃好喝好并不容易

在长期太空生活中,受制于空间站特殊环境,航天员的饮水有严格的规定,饮水时间、饮水频次和饮水量要严格按照程序进行。中国人喜欢喝热水,而在太空失重环境下,为防止因汽泡影响到出水量,水加热需要实现精准控温。“我们采用净水和加热一体化的技术,精准温控和水量分配以及焖烧回流,使得加热产生的蒸汽不会向外排。提高加热效率的同时还节约能源。”李工展示了九阳在空间站净水设备研发过程中的记录档案夹。

从外表上看,“太空豆浆”更像是一袋全密封的蔬菜水果泥。与用黄豆直接加水打磨后形成的豆浆不同,“太空豆浆”无须粉碎,它是在地面生产的脱渣豆浆粉。这种豆浆粉可以用饮水机流出的适温净水直接冲饮,不存在加热问题。

“太空豆浆”面世的背后,是满足“破壁等级2级、航天食品化学污染要求和感官评价A级”的三合一技术。高科技的应用,确保了“太空豆浆”安全、营养、口味的太空品质,也由此获得了国家发明专利。

想喝豆浆必须要有水,而在太空环境中,对水温控制要精确,对水速控制要更稳定。据了解,失重环境下水流中容易产生气泡,需要精确控制出水速度,保证出水均匀,避免气泡产生。

空间站中,航天员的饮水、吃饭,不仅受到太空环境的影响,还要避免微生物污染。研究显示,国际空间站上曾发现84种微生物,而且来源多样,有乘员自体携带的、空间站里面的材料和设备携带的、在地面总装测试阶段和发射准备阶段引入的、来访航天器及其货物所携带的微生物。这些意味着几乎所有的太空厨房都要使用抗菌材料。“在空间站中,日常饮用水净化后菌落总数指标非常严格,近乎零,严于生活饮用水标准要求。”李工举例说。

此前,西南交通大学功能高分子材料团队主导的“载人航天器舱内抗菌材料研制及推广应用”项目在2020年获得四川省科学技术进步奖一等奖。项目研发的“四针状氧化锌晶须”抗菌材料具有独特的立体四针状三维结构,在塑料、橡胶、涂料活性炭等多种基体材料中均匀分布,可赋予材料独特的抗菌功能特性。由西南交通大学主导、九阳参与,该载人航天抗菌材料成果顺利转化,被应用到了太空厨房里。

实现“太空食物”均匀加热

鱼香肉丝、宫保鸡丁、什锦炒饭、咖喱炒饭、蘑菇鸡块、雪菜肉丝、黑椒牛柳、红烧肉、冬笋火腿炒饭……这些美味,在“天宫”里都出现了。关键问题是如何加热?

据介绍,相比地面上,失重状态下食物的漂浮会影响食物的均匀加热;同时,太空加热都需要带包装,这其中的挑战是带包装食品的包装材料的热阻隔和食品的受热均匀性问题。

李工介绍,围绕着航天食品的特性和太空失重环境,他们提出了全新热风加热装置设计构想,并运用数学建模、力学和流体仿真等方法和工具,不断优化设计,最终完成了热风加热装置的设计定型。这种热风加热装置用来加热航天食品及制作酸奶,使食物能够固定在加热板上而不是“飘”在半空中,不仅能够加热多种食物且可使食物受热均匀,还可以对铝箔包装、金属罐头、塑料包装等多种有包装的食物进行加热,完美解决了食品包装的兼容性和加热的均匀性,让更多中国美食进入太空。

“最近,航天员反馈九阳研制的相关设备在轨应用体验良好,让我们备受鼓舞。”九阳副董事长韩润表示:“我们通过自主创新技术成功解决了‘真空、失重、无对流’等极端苛刻的外太空环境下的饮食加工、饮水净化等难题。”

作为最早参与国家载人航天工程项目研制的企业之一,九阳早在2014年就承接了太空厨房项目研制任务。韩润强调:“智能太空厨房是中国原创,达到国际先进水平。”据悉,上述产品均已转化为民用,并进入了市场。(编辑 李闯)




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