NASA測試月球基地廢水處理系統 為長期太空居住鋪路

NASA行動廢水處理系統啟程前往模擬基地測試

一套由NASA甘迺迪太空中心（Kennedy Space Center）打造的行動廢水處理系統，已從佛羅里達州出發，運抵位於北達科他州大福克斯市的北達科他大學（University of North Dakota）。該校研究生將在模擬外星地表操作條件的環境中，對這項技術進行實測。

這套名為「分流式可部署廢水處理設施」（Divergent Deployable Wastewater Treatment Facility）的系統，旨在將太空人產生的廢水轉化為可用資源，這是未來探險者每天不可或缺的能力。在北達科他大學，研究團隊將把這套廢水系統與該校的「整合式月球／火星模擬棲息地」（Integrated Lunar/Martian Analog Habitat）對接，由學生操作員和NASA研究人員共同觀察該設施在類棲息地環境中的表現，以及面對外星環境操作限制時的反應。

NASA甘迺迪太空中心火星任務辦公室地表水系統負責人Luke Roberson表示：「NASA的阿提米絲（Artemis）計畫正在為人類持續駐留月球奠定基礎，屆時棲息地將遠離穩定的地球補給鏈，在部分重力環境中運作。為了解決這項挑戰，我們正在開發未來可永續運作的月球地表系統，將廢水處理為可供植物栽培和生物製造使用的營養原料。」

系統運作原理

這套設施安裝在一輛8.5×24英尺的拖車內，整合了三組生物反應器系統、一座垂直農場、水質精煉硬體、環境監測設備、自主控制軟體及安全系統。該拖車在NASA甘迺迪太空中心完成改裝，可作為可部署實驗室使用，並在技術成熟過程中至少往返兩個模擬測試場地。

與地球上的廢水系統不同，這套設施採用「分流」處理方式——這對小型太空團隊至關重要。因為4至8人產生的廢水濃度極高，尿液、衛生用水、洗衣水、糞便廢物和食物殘渣各含不同程度的鹽分、固體物、碳、氮、磷及其他化合物，分開處理能讓每種廢水流經最適合的反應器。

系統採用三種不同的生物反應器處理各類廢水：

• 厭氧光合膜生物反應器（Anaerobic Phototrophic Membrane Bioreactor）：處理糞便和食物殘渣，將其轉化為富含營養的廢水，可支持植物生長。
• 懸浮好氧膜生物反應器（Suspended Aerobic Membrane Bioreactor）：處理尿液和沖洗水。
• 膜通氣生物反應器（Membrane Aerated Biological Reactor）：處理來自個人衛生和洗衣的灰水。

三組反應器共同處理營養物質，為設施內的垂直農場供應養分，並為水資源回收利用做準備。在垂直農場中，作物將以水耕方式（無需土壤）栽培，使用從生物反應器中提取的營養溶液。研究人員將比較使用廢水營養液與標準水耕營養液種植的作物表現差異。

在北達科他大學，透過NASA EPSCoR（促進競爭性研究計畫）補助，這套設施已透過一個包含尿液分流馬桶的浴室介面，連接到整合式月球／火星模擬棲息地。此設計讓不同廢水流可以在源頭分離，並送往正確的處理系統。同時，Ali Alshami的團隊正在開發新型膜分離技術，計劃未來整合到分流式廢水設施中，以提升水回收效率、污染物去除率，以及長期駐留任務中的整體系統韌性。

Alshami表示：「這些測試將幫助NASA評估實際操作表現、太空人培訓需求、系統可靠性，以及在模擬任務環境中廢水模擬物與實際人體代謝廢物的差異。」

月球基地永續運作的關鍵技術

這項研究是NASA更廣泛的「生物再生生命保障系統」（Bioregenerative Life Support Systems）工作的一部分，致力於開發生物技術方法來減少對地球補給消耗品的依賴。在未來的月球或火星棲息地中，廢水處理設施等系統可透過回收水資源、循環利用營養物質、支持農作物生產，以及減少必須儲存或丟棄的廢棄物量，協助關閉生命保障的循環迴路。

NASA研究人員也在探索如何將廢水回收資源應用於太空製造。其中一項研究正在探討如何利用生物再生廢水系統產生的富營養水培養微生物，使其產生乳酸，進而轉化為聚乳酸（PLA）。這種材料未來可作為使用月球或火星表土（風化層碎片物質）進行3D列印的黏合劑，或用於製造替換零件，將回收廢物的價值延伸至水和食物系統之外。

NASA總部火星任務辦公室地表系統領域負責人J.J. Edelmann表示：「將這套設施從NASA甘迺迪太空中心送往北達科他州，代表NASA正將循環經濟的關鍵環節從實驗室推向真實世界測試。這項工作雖然從廢水處理開始，但目標遠大得多——我們希望幫助未來的太空人在月球上永續生活，學習在更遠離地球的環境中運作，並將這些經驗帶向火星。」

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