随着神舟十二号载人飞船的成功返航，在太空出差的三人组也顺利回家了。

宇航员看起来很酷炫，可以探索很多人类没有探索过的地方，在这些地方第一次留下人类的身影。然而成为宇航员要经过大量的艰苦训练，培养一个宇航员也要花费大量的资金。为了节约，每项花费都要进行“精打细算”，比如“喝水”这件事儿上就得节省。

宇航员是怎么喝水的

所谓的“不好喝”并不是指味道不好，而是说喝水不容易。即使是琼浆玉液，在宇宙中微重力的作用下，想喝下去也得“有两下子”。在太空中，用正常的杯子是很难喝到水的，通常是用吸管连接着一个密封的袋子，把水挤入嘴里。而且水不会自动往下走，得小心咽下去别呛进鼻子里。

除了喝水需要技术以外，水的来源也是问题。我们如果在家从网上买一箱矿泉水，经常会是“包邮”，实际也没多少运费。但如果宇航员在国际空间站里“网购”一箱矿泉水并要求火箭发货，那钱主要就都花在运费上了。没听说哪家快递公司是能用火箭配送的，就算真的有，发上去之后还得和空间站对接成功才行。

我们知道开车带的人多会费油，骑电动车如果带人的话耗电也很快，火箭发送也是一样，到空间站的路途非常遥远，而且还不是“平路”，是向上飞，所以运送是很费燃料的。而火箭用的燃料可不是7块多钱一升的92号汽油，有人测算过，运送1千克的东西到空间站，运费大概要1万美元。所以宇航员喝的一杯水，送过去的运费大概要3000美元，也就是约2万元。

每个人每天喝水就要2千克，再加上日常要用的水，开销实在太大，得想个办法节约——自己在空中“制水”。

空间站收集水的方法不止一种，比如进行舱内冷凝，把宇航员呼出的蒸汽和其他蒸发的水汽收集起来。至于尿液和其他污水，可以采用一种超强的过滤技术——反渗透法来处理。

我们平时喝水和吃饭其实不太一样，吃饭是吸收了化学能[插图]再排掉，而水里面没有我们能吸收的能量，很大一部分在我们的体内不会发生化学变化，只是帮助我们代谢。所以大部分喝下去的水只要经过处理净化，去除代谢废物之后还是可以再次饮用的。

酿酒、半透膜与反渗透

半透膜是一种只能让小分子和离子来回进出的薄膜，简单理解，就是比半透膜孔径大的物质会被阻挡在外，比如蛋白质分子。其实半透膜到处可见，比如细胞膜、膀胱膜、羊皮纸、鸡蛋壳膜、萝卜皮、肠衣等都是半透膜。

据说，半透膜是在“厨房”发现的。当年的法国物理学家诺勒想寻找一种酿酒的方法：他用猪的膀胱膜给一个酒瓶子封口，然后将酒瓶子全部浸入水中，想看看这样酿出来的酒味道怎么样，结果发现膀胱膜向外膨胀，水渗入了酒瓶子里面，最后把膀胱膜撑破了。

我们也可以做一个实验：把一个杯子的中间用半透膜隔开，左右体积相等，左边放入清水，右边放入同样多的高浓度盐水或糖水，保证两边高度相同（压强相同）。但过一段时间你就会发现，左边清水的液面会更高一些，这个高度差会一直持续下去，这是因为左右两边的清水和盐水之间存在着压强差，而这个压强差被称为“渗透压”。由于右边浓度高、水分子相对少，自由扩散的水分子过去的多、回来的少，而盐和糖分子无法穿过半透膜。

所以静脉注射的时候要用0.9%的生理盐水作为药物载体，让注射液是“等渗”的。如果配比不当，比如盐的浓度过低，红细胞就会像之前说的膀胱膜一样，因为吸入了过多的水而涨破。红细胞破裂的数量多了，发生溶血，会危及生命。而如果盐浓度太高，就会让细胞里的水流到外面，造成失水。

由此可以看出，水会被高浓度的部分“吸走”，自动向低浓度的区域自由扩展，趋向于让两边浓度相等。同时也说明了，如果半透膜孔径大小合适，就能只让水分子通过，病毒、大分子、水合离子都无法通过。那如果我们反过来，不让低浓度区域的水被吸走，而是给浓度高的一侧使劲加压，把高浓度部分的水从半透膜挤出去，让它的浓度更高，这个过程就被称为“反渗透”。

简单理解反渗透过滤法，就是用孔径极小的膜，一侧放入污水并且加压，使纯净的水流到另一侧，实现滤水的目的。宇航员就是用这样的方式，把尿液中的杂质过滤掉，之后接着喝……虽然听上去有点难以接受，但实际上我们的生活用水都是用污水过滤出来的，而宇航员喝的这种水，可能比我们日常饮水的质量更好。

为什么海水不解渴

实际上，反渗透技术不仅仅用于航空等高端领域，一些滨海地区也会利用反渗透技术进行海水淡化。

首先要明确一点，即使海水里没有细菌也不能直接喝，不是口感不好，而是喝多了会死人，这也和渗透压有关。曾经有过的海难事件中，一些人在海面上漂浮着等待救援，几天没有水喝，有的人确实是被渴死的，而有的人喝了海水，却死得更快。因为海水的盐浓度高，通常有3.5%，远高于0.9%的生理盐水（这个比例才和我们体内的渗透压相同），所以喝下去的海水不仅不会进入细胞，反而会让体内细胞里的水渗透出来。

所以，如果滨海城市的居民缺乏淡水，就要进行海水“淡化”，也就是脱盐。当然，也有蒸馏等别的方法，但比较先进、节能的技术就是反渗透法，就像去除宇航员尿液中的杂质一样，把海水里面的杂质和盐过滤掉。

即使并不住在海边，反渗透离我们的生活也不远。现在很多学校、公司都有饮水机能提供“直饮水”，其实就是自来水经过反渗透处理，变成了纯净无害的水。不过如果一直挤压，大分子可能会把反渗透膜的孔堵住。所以为了延长反渗透膜的寿命，需要把这些杂质冲走，显然我们也确实不能把所有的水分子都挤出去，而另一侧只留下固体，所以就会有排出的废水。我们日常用的净水器，生成一升纯净水的同时，通常也会排掉一升左右的废水。而我们买的纯净水，无论是桶装还是瓶装，大部分都是用这种方法制造出来的。

既然叫“反渗透”，就是与自然状态相反的，也就是需要我们“加压”，把水挤过去。而供水的水压通常难以达到这个压强大小，所以利用“反渗透”技术的饮水机都需要用电，通过水泵来增加压强。

不仅是饮用水，其实我们用的手机，里面“芯片”的加工也离不开反渗透技术。因为集成电路的加工过程中需要多次清洗，而颗粒和离子的污染都会影响芯片的性能，所以必须用特别纯净的水来冲洗，这种水叫作“去离子水”。反渗透过滤就是制作这种水的过程中重要的一步。

也就是说，纯净水的加工，用的也是宇航员的“喝尿装置”，而我们的手机制造，也同样离不开反渗透技术。