当人类的深空探测脚步从月球迈向火星，“原位资源利用”已经成为未来载人深空探测的核心技术方向，而电渗析膜正是实现地外天体水资源原位提纯、矿物离子提取的关键核心部件，被称为深空探测领域的“离子提取器”。和传统的压力驱动型分离膜不同，电渗析膜依靠电场力驱动带电离子在膜内定向迁移，不需要高压驱动，在低能耗、小规模的场景下拥有不可替代的优势，完美适配深空探测任务对低能耗、高可靠、轻量化的严苛要求。
在月球南极的永久阴影区，储存着数百万吨的水冰，这些水冰中混有大量的月壤矿物颗粒、钾、钠、镁等金属离子以及各类放射性元素，如果直接将水冰融化，得到的是成分极其复杂的矿化水，无法直接供航天员饮用，也不能直接输入电解水制氧系统。传统的反渗透膜提纯方式需要高压泵提供2-3MPa的工作压力，系统能耗高，而且进水的高硬度离子很容易在膜表面结垢，导致膜组件快速失效。而采用电渗析膜的提纯系统，只需要在阴阳膜之间施加微弱的电场，就可以将水中的所有带电离子定向迁移到浓水侧，淡水侧得到的就是几乎不含任何离子的高纯水。针对月球表面的特殊环境，研发团队专门开发了耐辐照的全氟磺酸型电渗析膜，经过模拟月球表面的空间辐照试验后，膜的离子交换容量衰减率不到1%，可以在月面的强辐射环境下长期稳定工作。
我国正在研发的月球基地原位水资源利用验证系统，就采用了这套电渗析膜提纯装置，将模拟月壤和水冰的混合物融化后，经过简单过滤直接进入电渗析系统，在不到30分钟的时间里，就可以将矿化度超过5000ppm的原水提纯到电阻率18.2MΩ·cm的超纯水，系统的能耗只有传统反渗透工艺的1/3，而且完全不会出现膜结垢的问题，只需要定期反向通电10分钟，就可以自动完成膜表面的清洗，不需要任何化学清洗剂。这套系统的成功研发，为未来月球基地实现“用水自给自足”提供了核心技术支撑，按照设计指标，一套重量不到50公斤的电渗析膜提纯系统，每天可以处理200升月面采出的原水，完全满足6名航天员的日常用水和电解水制氧需求。
在火星探测场景中，电渗析膜的应用价值进一步凸显。火星表面的大气中95%是二氧化碳，通过“萨巴蒂尔反应”可以将二氧化碳和氢气反应生成水，但是反应生成的粗产物水中混有大量的甲酸、乙酸等带电有机酸杂质，这些杂质如果进入环控生保系统，会严重威胁航天员的健康。采用电渗析膜技术，可以在低能耗状态下将这些有机酸离子几乎完全脱除，相比传统的蒸馏提纯工艺，电渗析系统的重量减轻了70%，能耗降低了65%，而且没有任何运动部件，可靠性大幅提升。除此之外，电渗析膜还可以用于火星原位矿物资源的提取，通过电渗析过程，可以从火星土壤的浸出液中定向提取锂、铝等有用金属离子，为未来火星基地的3D打印、设备维修提供原材料，真正实现“在火星上制造火星”的远景目标。
回望深空探测的技术发展脉络，电渗析膜正在打破“所有物资都从地面携带”的传统深空探测模式，通过精准的离子提取能力，把地外天体上原本无法利用的资源，转化为支撑人类长期生存的生命保障物资。未来的火星基地里，电渗析膜装置将会像一个小型的“资源加工厂”，从水到矿物，源源不断地为航天员提供生存和发展的基础物资，成为人类迈向深空过程中，解锁地外资源的一把关键钥匙。
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