據 Space 報導,科學家正在國際空間站上進行一項實驗,嘗試用希瓦氏菌來發電。這是人類首次嘗試利用微生物來為空間站提供電力能源。
NASA 做了一個小視頻來講解實驗原理:希瓦氏菌屬於發電菌群,它們可以把電子由體內傳輸到其周圍微小的附器上來發電。而且,希瓦氏菌不僅能發電,還能幫助航天員淨化水——如果這兩種用途能夠被順利應用,將來太空人進行太空飛行時需要攜帶的物資將大大減少。
科學家已經將一批名為 Shewanella oneidensis MR-1 的微生物送上了太空,他們需要驗證希瓦氏菌能否在太空生存和繁殖。因為用它發電的前提是,希瓦氏菌需要大量個體彼此緊密地挨在一起形成一個薄片才能發電,這一過程的前提是希瓦氏菌能夠在太空順利繁殖。
此外,科學家們還要檢查它是否能夠以與地球相同的速率傳輸電子,以及它形成生物膜的方式是否會受到微重力環境的影響等等。
載人太空飛行器傳統的用電方式有太陽能發電、核能發電、燃料電池供電和蓄電池供電等。
早期的太空飛行器,大都使用化學電池作為電能來源。這些化學電池的基本原理和我們日常生活中使用的乾電池、手機電池等基本一致,能夠持續供電的時間不長。當電池的電能耗盡時,由於無處充電,太空飛行器便不得不停止工作。「東方紅一號」衛星僅在太空中工作了28天,就是受到了電池電量的限制。
現在的太空飛行器,在軌道上工作時大都會伸展出一個形似翅膀的裝置,這個「翅膀」就是太陽能電池帆板,它的作用就是將太陽能轉化成電能。隨著太陽能技術的不斷進步,太陽能帆板的供電效率越來越高,已經成為了在地球附近工作的太空飛行器的主要電能來源。雖然太陽能取之不盡用之不竭,但如果要像飛掠冥王星的「新視野」號和飛出太陽系的「旅行者」號那樣出一趟遠門,太陽能就不足以支撐太空飛行器工作了。隨著與太陽距離的增加,太陽光將越來越弱,太陽能帆板產生的電能也會越來越少。
NASA 在介紹利用希瓦氏菌發電的文章中也提到了這一點。「隨著人類進一步深入太陽系,太空人需要獲得在更長時間的航行中生產自己的能源的方法。」NASA 寫道,而且因為希瓦氏菌能夠通過消耗廢水中的有機廢物來淨化水,並且同時又可以收穫這些有機物的電子來生產電,確實是一個更理想的能量來源。
通過核裂變的核反應堆來獲取電能同樣是一種常用做法,但卻存在較大風險。1978 年,蘇聯人在推進空間核反應堆技術時,曾造成了第一起大規模太空核事故。美國前總統卡特曾籤署命令,禁止在地球附近工作的美國太空飛行器使用核能。但是,核裂變卻是目前在空間中利用核能高效大量產能的唯一來源。未來,希瓦氏菌未必有能力代替核能發電,但卻有助於在更多的場景解決太空人的用電問題。
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