[发明专利]地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法

说明书

本发明涉及一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，该系统包括依次连接的固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置；固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳；氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷。本发明将固体废物与地外资源有机结合，以生产氧气、燃料、金属材料等基地必要物质的资源化为目标、经济地实现基地物质自主生产与循环利用，使基地物质的供应，摆脱对地面后勤保障的依赖。

技术领域

本发明属于地外基地固体废物及原位资源处理技术领域，尤其涉及一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法。

背景技术

人的生存离不开氧气、水、食物这些基本的生命保障物质，以氧气为例，1名航天员每天平均需要0.83kg氧气，长期、多人的空间探测任务，消耗的生保物质极为巨大。建立月球基地、登陆火星是人类共同的愿望，也是本世纪的载人航天发展的目标。这些任务的飞行距离远远高于以空间站为代表的近地飞行任务相比，其运行成本也大幅提升，如月球探测成本是其5倍，火星探测成本是其50倍以上。由于距离的遥远，依赖地面补给的生保物质补给模式，无论从保障的及时性，还是营运的经济性，都是不现实的，需要开发完全自主的原位生产模式以降低或实现零地面补给。

地外基地航天员的主份生保系统是以生物技术生产的受控生态生保系统，由于它的脆弱性，还需要物理化学式的生保系统支持保障；另一方面，航天员在长期生活中将产生大量的废物，包括人体代谢废物，人体消耗废物如食品残渣、废旧衣物、包装袋等，4名宇航员仅1年产生的固废超过4000kg。受控生保系统运行还产生更多的固体废物，如植物秸秆等，受固废垃圾不能排向地外环境的国际公约约束，它们挤占稀缺的空间资源、滋生微生物、散发臭气、泄漏渗滤液等，威胁宇航员的健康与安全，必须进行减容化、安全稳定化以及资源化处理。而目前焚烧等地面固废处理方法，虽然可大量、有效地实现固废的减容与稳定化，但它同时也需要消耗大量的氧气、能源等资源，无法满足地外基地对物质和能量循环的要求。

地外基地固废可分为二部分，一部分是航天员所产生的生活垃圾，另一部分是受控生保系统生产过程中产生的生物质固废，这些固体废物的减容、无害化处理的方法与其资源化利用的目标密切相关，如用于生产水、氧气等生保物质，以及氢气、甲烷等火箭动力燃料，但是由于固体废物处理过程中产生的往往是混合物，而需求物质要求的是纯净物，由混合物处理成纯净物的代价大，导致固体废物难以资源化的利用，从而找不到地外基地固体废物处理的合适途径，制约了地外基地固体废物处理技术的发展。

除了生保系统需要氧气、水外，基地能源系统以及运载动力系统也需要更多的氧气与燃料，基地建设需要大量结构材料。而地外存在丰富的矿物资源，既是氧的资源，也是基地建设材料的资源。地外潜在的水、二氧化碳等资源，也是大规模生产能源燃料的原料。

因此，如何以最低的代价解决环控生保系统中的固体废物问题，并创造效益，如何利用地外资源，满足能源、基地建设的需要，是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，针对基地人员生活以及受控生态生保系统生产过程中产生的大量固体废物必须高效减容、无害化、资源化的难点，将固体废物与地外资源有机结合，以生产氧气、燃料、金属材料等基地必要物质的资源化为目标、经济地实现基地物质自主生产与循环利用，使基地物质的供应，摆脱对地面后勤保障的依赖。

本发明提供了一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，包括固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置，所述固废处理与资源化装置与所述原位矿物资源化装置连接，所述原位矿物资源化装置与所述氧气与燃料提取装置连接；