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国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

 海枯石烂海枯 2021-06-27

空间站上的氧气一方面靠地面供应,另一方面靠电解水循环使用,空间站上有完整的生命保障体系。

离开空气,人也许只能存活两三分钟,我们在地面每时每刻都在呼吸,但在距离地面400千米的太空上,是没有空气的。

空气的作用不仅仅是提供氧气让人类呼吸,空气的成分以及压强问题也至关重要。

在真空环境中,水的沸点接近0℃,这就意味着人类在真空环境中,身体上的水分会瞬间沸腾起来,水分蒸发殆尽之后,人体很快就会变成一具干尸。

空间站则是创造了一个跟地面类似的环境,提供充足的食物、水源以及氧气,才得以让宇航员在距离地面400千米的地方,执行太空任务。

国际空间站是16个国家通力合作,花费1600亿美元才建立起来的,这个比足球场还大的空间站,是靠一次又一次的火箭运输,才将零部件运送到太空中,最后拼接起来。

那么在上面生活的宇航员,所需的生活物资也需要一次又一次的运送上去,但是水源和氧气仅仅靠着从地面运送,需要花费巨大的成本,这显然是不现实的。

那么空间站上的氧气,究竟是从何而来,为何十几年还没有耗尽?

1、早期载人航天探测器采用的是低压纯氧的环境

现在的国际空间站上的空气跟地球大气层里的是一样的,氧气的占比在22%左右,氮气占比将近78%。但在以前,早期的载人探测器采用的是纯氧环境。

因为发射探测器到太空,重量越小越好发射,采用纯氧可以尽量少携带空气上太空,探测器内部是个低压环境。

但是后来发生了几次事故,让科学家们意识到,低压纯氧并不是好的选择。1961年,苏联最小的宇航员瓦连京·邦达连科,在纯氧舱测试时被活活烧死,当时他只有23岁。

1967年,阿波罗1号的三位宇航员,在地面测试纯氧舱时,也因为突发火灾而牺牲。纯氧低压舱的方案很快便被放弃了。

到了1973年时,天空实验室采用75%氧气和25%氮气的低压环境,但也不是最好的方案。

直到后来的国际空间站,才采用跟地球大气一样比例的空气,无论是氧气含量还是舱内压力,都跟地面上接近。这

才让宇航员最大限度的适应了空间站上的生活,因为他们执行任务的时间,长达数月之久,低压环境很难长时间生存。

当然了,空间站能够采用22%氧气占比的空气,也跟科学技术的进步有关,因为含氧量较低的空气,不可能仅仅靠地面运输来维持。

2、空间站上的氧气靠电解水来提供,并且可以循环利用

国际空间站上的太阳能电池板,为整个空间站的运行提供电力资源,将水电解成氧气和氢气并不太难。

电解水有一个好处,就是很少量的水,可以电解生成很多氧气,1升水完全电解之后,可以生成620升氧气,而一名宇航员一天所需的氧气,大约为550升。也就是说一升水电解之后的氧气,完全后一名宇航员使用一整天。

水电解生成氧气和氢气,氧气供宇航员呼吸,氢气也没有浪费,而是收集起来,借助催化剂,在一个叫作萨巴捷反应器的装置中,与宇航员们呼吸产生的二氧化碳发生化学反应,产生水,只留下甲烷作为废物。

只要空间站有足够多的水,氧气完全不成问题,因此水的合理利用显得至关重要。空间站上的水资源利用率也非常高,几乎所有的废水都会重新利用,包括宇航员小便产生的尿液,都会收集起来,净化之后重新使用。

因此,空间站上的氧气主要来自水资源,通过电解水的方式产生氧气。产生的氢气又可以和二氧化碳生成水,氧气和水就是这样循环使用,只要有水,就有源源不断的氧气供应。

3、补给飞船为空间站运送氧气

以目前的技术,国际空间站上的水资源和氧气,都无法做到100%重新利用,循环使用过程中总是有一些损耗。

因此空间站需要地面补给物资,每隔一段时间补给飞船就会运送食物、水源以及氧气等物资到空间站。

一种方式是直接运送加压氧气罐到空间站,另一种方式则是运送固体燃料氧气发生器,利用固体粉末的化学反应来制造氧气。目前比较常见的是使用氯酸钠和铁的固体粉末混合物,点燃后会生成氧气。

所以说,地面补给是空间站氧气来源不可或缺的一种方式。

4、宇航员太空行走时,宇航服内必须是低压纯氧的环境

前面我们介绍的是,宇航员在空间站的生活环境,空气比例跟在地面上差不多。但如果宇航员出舱执行任务,宇航服内必须采用低压纯氧的环境。

宇航员在执行出舱任务时,将宇航服内灌入纯氧,但不能灌入太多,因为宇航服必须要保证低压环境。

输入纯氧很好理解,可以尽可能多的为宇航员提供氧气。其实保持低压是为了宇航员方便执行任务,因为空间站外是个真空环境,宇航服内如果压力过高,那么衣服会鼓起来,而且宇航员很难活动,这个执行任务带来不便。

5、结语

我们生活在地面上,习惯了呼吸免费的空气,忽略空气的重要性,甚至感受不到空气的存在。

但在距离地面400千米的空间站上,空气是非常宝贵的,空间站必须源源不断的产生新鲜空气,才能保证宇航员的生存。

其实空间站上有一整套保证宇航员生命的系统,这个系统可以让水资源和空气循环使用,可以过滤掉水哥空气中的杂质和有毒物质。

但是不管怎样,在空间站上工作生活,都不一件容易的事,宇航员们在失重的环境中,在密闭狭小的空间里,执行长达半年之久的太空任务,对他们的身体和心理,都是极大的挑战。

2021年6月17日,神舟十二号搭载三位航天英雄,成功登陆中国自己的空间站,标志着中国航空史新的阶段。

我们的天宫空间站相比国际空间站,在很多方面有所改进,宇航员们的太空生活会更加舒适!

最后向所有的宇航员们致敬,是他们冒着生命危险,牺牲自己的身体健康,为人类探索太空做出巨大贡献!

预祝我国的三位航天英雄,能够圆满完成太空任务,凯旋归来!

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