问题

要实现在空间站里涮火锅,还有哪些技术难点需要克服?

回答
在空间站里涮火锅,这个听起来就让人热血沸腾的设想,背后隐藏着一系列我们日常生活中几乎不会遇到的严峻挑战。这可不是简单地把电磁炉搬上去那么回事,而是涉及到生命支持、物理规律、工程设计等方方面面的复杂问题。咱们一项一项地掰扯掰扯:

1. 食物和水的处理与储存:

失重下的食材: 咱们在地球上吃火锅,食材那是乖乖地呆在锅里,或者夹起来往嘴里送。但在失重状态下,这一切都会变得异常困难。切好的菜叶、丸子、肉片,甚至汤汁,稍微一碰就满天飞,简直就是一场灾难。这就需要我们研发特殊的食材预处理技术:
“粘合”技术: 可能需要用特殊的食用级粘合剂将切好的食材固定在一起,或者采用类似太空食品的凝胶状处理方式,让它们保持一定的形状和黏性。想想看,如果吃一口丸子,它会像个小卫星一样在你眼前飘走,那场面就尴尬了。
包装创新: 传统的真空包装也许不够,需要更紧密的包装,甚至是一些能够防止食材在操作过程中散逸的独立单元。
水资源循环利用: 空间站的水资源是极其宝贵的,不可能像在地球上一样,把涮过火锅的汤水直接倒掉。这就需要一个高效的水净化和循环系统。涮火锅产生的油污、食物残渣、甚至可能混入的唾液,都会对水质造成污染。如何将这些污染物分离并安全地净化回可饮用的程度,是个巨大的难题。这不仅仅是过滤,可能还涉及到复杂的化学处理和生物降解过程。

2. 火锅器具的安全性与适应性:

防溢出设计: 汤汁是火锅的灵魂,但在失重环境下,一旦锅盖密封不好,或者倾斜角度稍大,滚烫的汤汁就会成为巨大的安全隐患,可能烫伤宇航员,损坏精密的仪器设备。这就需要设计一种完全密封的火锅系统,能够在任何角度都不会发生汤汁泄漏。锅具的材料也需要考虑耐高温、抗腐蚀,并且足够轻便。
热量控制与散热: 火锅加热会产生大量热量,在密闭的太空舱里,这些热量如何有效散发是个问题。空间站有自己的热控系统,但突然增加一个高热源,可能会扰乱整个系统的平衡,导致舱内温度过高,影响宇航员的舒适度和设备运行。需要设计能够精确控制温度的加热装置,并且有高效的散热机制,将多余的热量排放到外部。
防止食材“飞升”的装置: 除了食材本身的预处理,还需要有特殊的工具来夹取和转移食物。可能需要类似带有吸力或者磁性的餐具,来牢牢抓住食材。想想看,用吸尘器式的筷子夹起一片毛肚,这画面有点玄幻。
食材的固形化: 为了便于操作,可能需要将一些容易散开的食材,比如蔬菜丝、肉片,进行一定程度的固形化处理,比如冷冻干燥后再复水,或者使用特殊的食用胶将它们粘合在一起,形成一个整体。

3. 气味管理:

强烈的气味扩散: 火锅的香味那是诱人,但如果不受控地在空间站里扩散,那可就成了灾难。太空舱是高度密闭的环境,空气是循环利用的,一旦火锅的辛辣油腻味道弥漫开来,可能对宇航员的感官造成刺激,影响工作情绪,甚至可能干扰到其他精密的科学实验。
高效的空气过滤与净化: 这需要非常强大的空气过滤和净化系统,能够迅速捕捉和去除火锅产生的各种气味分子,包括油烟、香料味等。目前的空气净化系统主要针对二氧化碳、微粒等,专门处理火锅这种复杂的混合气味,需要进行升级和专门设计。

4. 能源与设备:

能源消耗: 火锅加热需要一定的能源。空间站的能源供应是有限的,需要精确计算火锅设备的能耗,确保不会过度消耗宝贵的能源,影响其他关键设备的运行。
设备兼容性: 所有的火锅设备,包括加热源、锅具、餐具,都必须符合太空安全标准,不能产生火花、释放有害气体,也不能对空间站结构造成任何潜在的破坏。

5. 宇航员的操作技能与心理:

操作难度: 即使解决了上述所有技术难题,宇航员也需要经过专门的培训,掌握在失重环境下进行火锅操作的技能。这可不是在家里那样随心所欲,任何一个失误都可能带来麻烦。
心理适应: 虽然在太空中吃一顿热腾腾的火锅对于缓解思乡之情和提升士气非常有益,但也要考虑到宇航员的心理承受能力,避免因为操作不当而产生的挫败感。

总而言之,要在空间站里实现一次“安全、舒适、有滋有味”的火锅体验,需要对现有太空技术进行大量的创新和升级。这不仅仅是一场美食的探索,更是对人类在极端环境下生存和生活能力的极致考验。这背后涉及到的每一个环节,都充满了科学的智慧和工程的挑战。

网友意见

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更新:

经过朋友们的几天讨论,又有了新的想法,重新排下版,不过还是按版本号排下来吧,也体现出版本的更新次序和群思广义的优势。

所谓文明发展,无一不是由无到有,有缺憾到完美。而由此带给别人创意或用途,更是当初发展宇航科技的一个初衷。我们生活中的科技,很多都来自于当初无用的蛋疼设计。

感谢小伙伴们的意见建议,在此不再一一道谢。

今天(10-21)早晨突然想到一个或许有点用的方案,也是根据评论想出来的。可以把几个小锅甩起来,就可以现做米饭了。为什么非要偶像们吃复水食物呢?

另外补充点2.0版火锅的细节。

PS:作图使用solidworks2008版,简单易学,功能强大,你值得拥有。

创意归评论区的小伙伴们,本人不申请专利,放弃任何权利,随便转载,无需署名,无需询问。

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即便现在这个方案无用,但以后火星移民计划呢?我们的目标是星辰大海,漫漫征途,火锅为伴。

航天员甲:我想吃火锅。

航天员乙:你咋不上天呢?

航天员甲:这不是在天上吗?

航天员乙:……

航天员甲:

航天员乙:……

航天员甲:我问你吃不吃?

航天员乙:太帅了!

航天员甲:我就问你吃不吃?

航天员乙:吃!

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这个方案献给我的偶像——航天员们,向你们敬礼!期待两位平安返回。

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这个当然是用太空自转离心锅了!下面是1.0版:

上面是锅,下面是电磁炉,锅底部有电机带动,可以自转。

另外锅口周边配上抽风机+活性炭,防止气味四处散发,把ISS的人引过来。也可以防止捞的时候带出过量的水。

锅底可以考虑用牛油火锅,这样精确控温到100度,不至于沸腾,减少水汽散发。

而旋转起来,水就会这样分布:

然后就可以开涮啦!

菜品要有肉有菜,有鱼丸有豆腐!

肉要好,切厚一点的,捞的时候好捞。
要有鱼丸,筋道的鱼丸,豆腐也是,不能太嫩。这样不容易破碎。
土豆什么的要切成大小合适的块。
菜就需要个小技巧了,用海带丝或其他耐煮的食材,绑起来,绑成小球状。

捞就更需要技巧了,得设计一个可以和锅同步旋转的机械手,从旋转的锅中把菜捞出来,捞的过程中可以把多余的汤水甩回锅里:

蘸料嘛,当然要稠一点,不容易弄的哪都是。

哈哈,欢迎开脑洞纠错!

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感谢评论区的朋友们的建议和意见。在此不再一一点名道谢了。

2.0版正在设计中,请稍候……

准备更好的解决放菜、取菜问题,水的旋转问题,沥水问题,气体问题等。

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2016-10-20更新:

昨天答应你们的2.0版来了。

我依然坚持用电磁炉加热

细节:机械手内部有伸缩卡扣,固定食物篮。


第1步:缓慢把食物篮提出至中间位置,保持旋转,这个过程把汤水沥出。

注意:目前这个状态还是旋转的,可以把水沥出并甩回锅内。




第2步:减速至停止,把食物篮举起,既可以开吃啦!

第3步:把食材放进食物篮。

第4步:落下并开始旋转,至于锅同步,并准确定位。精准取放食物篮依赖锅和中轴上的旋转编码器。

第5步:把食物篮放进锅内。由定位槽固定。补充一个细节——定位槽:

补充个细节,防止气味扩散的抽气装置和你们要的鸳鸯锅隔板

另外补充一点:

加水和放水的问题可以这么解决:取出一个食物篮,放一个管子进去,这个管子通过同心管连接外面的水袋,挤压或抽吸,即可实现加水和放水功能。

蘸料可以用罐头瓶装,当然要粘稠一点。也可以用牙膏袋装,吃的时候挤上去。

类似下图右侧这样的:


用筷子可能不方便,就用这个吧:

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2016-10-21更新:

简单计算了一下:

a=w^2·r

a=9.8,r=0.2的情况下,转速大约是67转/分。请同学们校核一下。

((9.8/0.2)^0.5)/6.28*60=66.88

(原答案好像错了,感谢小伙伴们提醒)

这个转速应该还能接受。另外朋友们提醒,不需要产生1g的加速度,保持水不四处散发即可,我觉得十分有道理,但具体转速多少应该需要试验。而且这里给出了最高转速,降速不影响设备的运转。

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《火星救援》里给出了人造重力的方案,可以说是空间站的高级形态了,其他答主也有提到,大家可以移步过去进一步完善。

再更新一个小附件,用于加水和抽水的管子。同样,管子与锅同步旋转,在中间加水或抽水。

其实空间中用水没有想象中的那么危险不可控,飘出来的少量水,也可以通过空气循环系统抽走,像下面截图,在太空洗头,也是有水飘走的。

关于气压:美国载人飞船最初是纯氧,气压大约在三分之一个大气压左右。后来逐渐过渡到混合空气和一个大气压的压力。苏联使用的是一个大气压的压力。(百度来的)

至于动量平衡的问题,我想可以加上反向旋转配重轮。

采用双向平衡机械手取食物篮,可以解决动平衡问题。

采用风幕,不知道没有压力下水能不能煮东西。不过,弄个风幕碗固定食物挺好。碗下面装个小风机或连接抽风装置。也可以作为蘸料碗。感谢

@亦萧然

至于这算火锅还是麻辣烫,表示傻傻分不清,大家吃的开心就好。还是那句话,“我就问你吃不吃?”

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2016-10-22更新:

对火锅没兴趣的话,那对大米饭呢?

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火锅源于商朝的鸣钟列鼎,历经秦汉时期的濯,三国时期的五熟釜,南北朝的铜爨,唐朝的暖锅,元朝的生爨羊,清朝火锅走上乾隆的餐桌,到了今天,衍生出北京火锅,东北火锅,河南火锅,晋式火锅,湖南火锅,贵州火锅,四川火锅,重庆火锅,广东火锅,滇式火锅,台湾火锅,蒙古火锅,甚至韩式火锅和日式火锅,以至巧克力火锅,奶酪火锅等等。

火锅这种食物能历经两千多年长盛不衰,而且花样越来越多,最根本的原因就是火锅这个吃法从来都不抗拒革新,具有非常强大的包容性。从青铜的鼎,到今天不锈钢锅和铜火锅二分天下,从柴火炭火到电热,再到电磁炉。更不用说食材了,举个最简单的例子,辣椒在明朝的时候才进入中国,而麻辣为主的四川火锅到今天已经成为火锅的典型代表之一。

现在我们站在太空时代的大门前,火锅也是一样。如果在这个时候我们还拘泥于现在地球上火锅的形式,就太愧对那些为了一口好吃的火锅,孜孜不倦的先贤们了。我们的后代会在不知道什么星上面,指着一个和今天一模一样的火锅说,都怪我们的祖先死脑筋,火锅从21世纪就没再变过了。

我可丢不起这个人。

以我之见,只要是以水等液体为主要加热介质,边加工食材边吃的形式,都是火锅。

所以想要知道在太空中如何吃火锅,绕不开的一个问题就是,失重状态下,水沸腾起来会是什么样子。

这个已经有人研究过了。

上世纪九十年代,美国密西根大学的一帮人和NASA合作,在航天飞机上试了几次失重状态下的沸腾实验,观察到了失重状态下沸腾的样子。

在此之前,Herman Merte的研究组就已经在地面上通过自由落体实验,实现了失重状态下沸腾的观察,虽然只有几秒钟,但是这些地面实验给后来真正的太空实验准备了沸腾实验使用的设备,一个可以从底部观察沸腾现象的加热底盘。

为什么一定要纠结这么个设备呢?

沸腾现象发生的位置,主要是在液体受热的界面。而零重力情况下,浮力也是不存在的,浮力的缺失带来两个后果,一个是气泡不会自动地浮出水面,另一个就是不会形成热水上升冷水下沉的对流。这两个特点意味着,不像地面上的沸水会不停地翻滚,想观察零重力下的沸腾现象,必须有一个液体受热界面的清晰视野。

也就是说,我们需要一个透明,不过仍然可以发热的容器。最终他们给出了一个非常简单粗暴的解决方案。

(图片来源:

Pool Boiling Experiment in Microgravity

透明比较好解决,他们用了一整块石英来打磨,做了一个透明的底盘。而透明的热源就有点麻烦了。最方便且安全可控的热源自然是电热,电热就需要导体,常见的导体就是金属,所以我们需要的是一片透明的金属。

Herman的团队直接用了一片非常薄的金箔作为导体,这片金箔薄到什么程度呢,薄到对可见光透明。这个尺寸如果用大家熟悉的PM2.5来对比的话,相当于PM0.04。如果有一只草履虫趴在这片金箔上,尺寸对比相当于一只京巴趴在一张报纸上面。

总之他们在92年-96年这四年间,不止一次地在航天飞机上烧开水,而且还观察了烧开水的过程。下面的图片就是地球上沸水(左)和失重状态下沸水(右)的对比。

(图片来源:

Bizarre Boiling

与地面上烧水不同,失重状态下的沸腾主要有三个特点:

  1. 沸腾产生的蒸汽不会以大量小气泡的状态存在,而是会迅速合并为一个大气泡。
  2. 生成的大气泡会根据不同的条件,或者附着在加热界面上,或者脱离界面进入水球的中央。
  3. 由于没有重力带来的对流,而水又是热的不良导体,水球各处有较大温差,且温差稳定存在。

我们就要在处于这种状态下的一团汤里面吃火锅。

这里面能发挥的余地就大了。现在地球上的火锅,只是一锅滚汤,汆烫食材,千变万化离不开一个煮字,然而微重力下的太空火锅,由于失重状态下沸腾的特点,又有很多新的烹饪思路。

如果把食材放在这团汤的液体部分,食材就会处于某个特定的水温中,而且还可以精确地控制水团中各个位置的温度,也就意味着可以对食材的不同部分分别精确控温煮制。比方说蔬菜的叶子部分温度可以低一些,而叶柄的部分可以温度高一些,达到地球上由于重力作用很难实现的火候控制。或者肉片的正反面分别用不同的温度煮制,一面高温断生,并让肉片沿着这个方向逐渐熟透,而另一面低温慢煮,让汤头的味道有充足的时间渗入肉片,而不会因为肉片表面首先变熟而阻隔味道的渗入。温度可以精确分区控制的煮制,应用在各种各样的食材上,带来的是千变万化的烹饪过程和料理结果。

如果把食材放在中央气泡中,食材会处于高温水蒸气中,类似于蒸,然而由于气泡在其中不会破裂并扩散到外部环境中,根据汤头的不同,这个气泡中的蒸汽会有不同的味道,蒸出来的食材也会带上不同的汤头赋予的风味。这个过程和重力环境中蒸的最大区别在于,这个中央气泡相对稳定,而且相对密封,这样可以让蒸汽中汤头的味道更加浓郁,而且由于处于失重环境中,整个蒸制的过程会非常均匀,是放在蒸笼里面蒸制的过程无法模拟的。

如果把食材直接放在加热盘上,根据不同的汤头和容器组合,会出现汤附着在加热盘上,实现了一面煎烤,一面煮的效果,或者气泡附着在加热盘附近,实现一面煎烤,一面蒸的效果。这就从根本上解决了煎烤中容易出现的食材脱水变干,导致口感偏硬的问题。而且可以把任何食材做成一面软嫩一面酥脆的口感,既有蒸制的鲜嫩,又有煎烤中蛋白质烧焦的香气。而且在此同时,还可以配合汤头本身的味道,或煮或蒸,让汤头的味道浸入食材。

最重要的一点是,所有上述这些新的烹饪方法,都出现在同一团汤中,这一顿太空火锅不仅仅是涮毛肚时的七上八下这么简单了,增添了各种不同烹饪方法的组合,带来的结果就是异常丰富而新奇的味道与口感。

光是想想都觉得激动人心。

Herman当年研究失重状态下沸腾现象,当然是有非常严肃的科学动机的。沸腾现象在太空中,主要应用于航天器的温控系统,甚至于可以制造类似地球上烧开水的发电机组,用于航天器的供电。他们的研究也的确已经有了实际应用,国际空间站的温控系统使用了两相冷却系统,其中的相变过程就应用了Herman的微重力沸腾现象的研究成果。

所以说,航天事业还是要支持的,谁知道下次他们能搞出来什么好吃的。


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吃火锅的气味问题倒是没有太多的难点,扩展阅读:

在空间站里开一罐鲱鱼罐头会是怎么一番体验? - Yi Yang 的回答

微重力沸腾的视频:

youtube.com/watch?
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@BI3OJW

的方案还是怎么说,受地球影响比较深,显然,在太空中的离心电磁炉应该是竖起来的。

像这样:

上图是一个仓鼠跑轮。



当然,我们可以去掉中间的轴,这样就是把原方案中的锅竖起来的样子。

看起来像这样:



这样做有神马好处呢?很简单,我们连电磁炉都省了,只需要在这个锅的边上镶嵌金属的导线网,然后在下面放个电磁铁,当这个锅子转起来的时候,导线切割磁力线就会感应出电流,直接加热锅体,水就烧开了。


然后在一侧装一个烟囱,烟囱的管道里面装几个叶片,使得旋转起来的时候会产生抽气的效果,像这样:


当这个锅高速旋转的时候,热气一定会集中到中间的位置,这是因为离心力是一种惯性力,所以离心力会产生向心的浮力。这和热空气总是上升的原理一样,,,,,

然后这个锅旋转的时候,烟囱里面的叶片就成了一个抽气机,正好把集中到中间位置的热气抽走,,,,


这样一个简单的结构就同时完成了产生离心力、集烟、加热、抽气一系列工作,让我们的宇航员可以美美的吃上一顿牛油火锅。




最后,宇航员面对这样一个高速旋转的喇叭筒,要怎么才能涮羊肉吃呢?

其实也很简单,,,把锅子做大点,让宇航员跟着一起转就好了,像下面这样:




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