與美國早已將沸石應用於太空領域？只因它能解決這三大難題！

沸石百科

太空一直是人類不停探索的領域之一，對宇宙的技術開發與拓展也正是人類發展重要的里程碑。被譽為“生命之石”的沸石，早已被國內外科研專家應用到航空航天領，並在太空農業、航天等多個分支有著裏卓越的成績，實現了沸石太空應用技術的突破
。下面，小編就帶各位小夥伴們“上天”瞧瞧沸石都在太空中忙些什麼吧！

沸石+空間栽培裝置=太空蔬菜是啥味兒？

近年來，繼航天育種之後，太空蔬菜種植逐漸成為空間科技發展和航天技術研究的一項重要內容。其主要是利用空間站、高空氣球攜帶搭載作物種子、微生物菌種等樣品，在太空宇宙射線、高真空、微重力等特殊條件作用下，誘發染色體畸變，進而導致生物遺傳性狀的變異，誘導植株育種。

早期研究中使用的作物主要有甜菜、胡蘿卜、蒔蘿、蘿卜、大白菜、黃瓜、洋蔥和酸模（俗名野菠菜）等，後期研究中使用的作物有香附、豌豆、胡蘿卜、蘿卜、甜菜、洋蔥、蒔蘿、番茄、黃瓜和馬鈴薯，而小麥的種植貫穿整個研究階段。

近日，《植物科學前沿》雜志發布了一項研究，稱某些太空蔬菜（經曆在太空環境中從萌芽到成熟全過程的蔬菜）的成分與地面種植的同類蔬菜成分相似，甚至可能富含鉀、鈉、磷、硫和鋅等元素和較高水平的酚類物質。

根據專家試驗研究發現，太空蔬菜具有抗病性強、產量高、連續坐果能力強、營養更加豐富等特點。通過對比，每畝太空蔬菜產量比普遍蔬菜增產20%，經濟效益比普通蔬菜每市斤高0.4元，每畝大棚可增收1萬元左右。

那麼相信各位小夥伴們最關心的問題是：太空種植的作物與地球上的作物有什麼區別？這個問題引發了諸多航天愛好者的關注。2015年，NASA電視台對首批兩名宇航員試吃太空生菜的情況進行了轉播。這些拌上橄欖油和料汁的太空生菜被做成一道沙拉，兩名宇航員吃後直呼感覺“不一般”，除了一致贊揚其口感爽脆外，其中一名宇航員還表示“味道有點像芝麻菜”。

沸石由於自身具有多孔隙，因此具有較強的吸水性，水分在沸石中受到的重力影響較小，能夠存儲於沸石體內，對農作物起到較好的保水作用。並且，沸石孔道內裝載大量的氮、磷、鉀、鈣，以及其他微量營養元素成分，可以充當作物的營養物質“儲存器”，這些營養物質可以“按需”緩慢釋放。由於植物本身具有自我調節功能，因此可以在需要營養物質時取走需要的營養物質，航天員只需添加水，植物便會在沸石土壤中健康生長數個生長周期。

目前，美國宇航局已經用該沸石土壤試種了很多植物，並且這些植物足以烹飪出一道豐盛的太空大餐。從國內太空農業領域來看，也已將沸石成功應用於部分作物上，如和平號空間站以斜發沸石為基質栽培了蘿卜和白菜
，可以說為中國農作物的太空旅程跨出了一大步。

沸石+航天器=絕不給航天器和宇航員添麻煩

航天器在高真空環境運行時，所用塑料、黏合劑、潤滑劑、有機矽、環氧樹脂、膠帶、溶劑及其他一些非金屬材料會緩慢釋放小分子碳氫類化學物，酸酯類、矽氧烷等有機分子汙染物；這些分子汙染物易沉積在航天器的光學系統、熱控系統和電池板等敏感部件表面，使航天器的性能下降，甚至影響航天器的使用壽命。此外，這些有機分子汙染物也會沉積在載人艙或真空室內，影響航天員的身體健康和敏感部件的性能。隨著空間技術的發展，對航天器的精度、壽命要求越來越高，亟需解決在軌分子汙染問題。

沸石憑借自身多規律孔隙結構、優異的吸附性，能夠有效對在軌分子汙染物進行吸附控制
，因此被專家認為是一種優異的吸附劑材料
。在20世紀90年代，NASA 噴氣推進實驗室和哥達德航天飛行中心就采用沸石作為分子吸附材料，塗覆在堇青石多孔蜂窩陶瓷表面，制備了可拆卸的沸石分子吸附器（圖1）。測試表明，沸石分子吸附器的初始吸附效率為0.7
，汙染物分子吸附量可達3.29 mg/cm2
。這種沸石分子吸附器裝置被應用於哈勃望遠鏡的廣角行星相機和精密導航系統，及熱帶雨量測量任務衛星的光電傳感器。

另外，研究人員通過不同配方工藝（包括塗料黏度、沸石/黏合劑比、塗層厚度等）的調控，制備出具有不同熱輻射性能的沸石分子吸附塗層，它們的紅外發射率均在0.9
以上，孔道表面高度極化，孔道內部有強大的庫侖場和極性，易於吸附極性較強、極化率較大的分子，因此成為航空領域內重點關注的降低在軌汙染可能性，提高航天器性能和壽命
的優質航空材料。

沸石+制氧系統=讓航天員多“吸”一會兒

在地球上，我們擁有源源不斷的新鮮空氣。而在航天飛機或空間站等的航天器上，由於密封艙空間狹小，加之外太空並沒有人類所需的氧氣，因此航天飛機需要自帶供氧裝置，以滿足飛行員與飛機的氧氣需要滿足高空標准，尤其是在高空飛行中，氣壓逐漸變低，空氣稀薄，缺乏足夠濃度的氧氣。當飛機一旦發生故障，使機艙內外壓差消失，就需要有及時的專用氧氣供應才能保證艙內人員及飛機設備的安全。

目前，美國等發達國家已將沸石材料應用於航空制氧系統中，其采用變壓吸附分離與膜分離的耦合工藝，變壓吸附制氧裝置主要由兩個裝填有沸石分子篩的吸附床層、兩個裝填有碳分子篩的吸附床層、氣動控制閥以及控制系統組成。沸石材料的應用，能夠讓制備的氧氣釋放地更加徹底
。

值得一提的是，與傳統制氧過濾材料不同的是，制氧所用的沸石材料可以重複利用
，該系統通過加熱元件讓沸石升溫，將捕獲的水蒸氣和二氧化碳釋放掉。二氧化碳被排放到外太空，而水蒸氣經過凝結之後被回收使用，目前該系統逐漸成為國際空間站常用的制氧系統之一。