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空间站里面充满了氧气,万一航天员氧气中毒了怎么办?

 科学知更鸟 2021-10-16

随着神舟十三号载人飞船的发射成功,我国距离完全建成中国空间站又近了一步。不过,我们有一个问题:空间站里面充满了氧气,航天员需要在太空生活那么长时间,万一氧气中毒了怎么办?

国际空间站

要回答这个问题,我们首先要了解什么是氧气中毒。通常情况下,进入人体内的氧气会产生氧自由基,氧自由基极为活跃,在体内到处流窜,攻击和杀死各种细胞,导致细胞和器官的代谢和功能障碍,并能促使基因突变诱发癌症。当然,有氧化就有抗氧化,这是人体自我保护的一种本领。健康人在自然状态下,体内氧化和抗氧化运动处于动态平衡。

而一旦人体吸入的氧气过多,就会打破体内氧化和抗氧化运动的平衡,出现氧气中毒。所谓氧气中毒,是指机体吸入高于一定压力的氧一定时间后,某些系统或器官的功能与结构发生病理性变化而表现的病症。氧气中毒会导致人体出现咳嗽、呼吸困难、面部肌肉抽搐、出汗、流涎、恶心、呕吐、眩晕、心悸和面色苍白等症状。

氧气中毒症状

了解完氧气中毒这个概念,我们还需要确认空间站里面是否真的充满了氧气。事实上,在人类发展载人航天事业的早期,那时候虽然还没有空间站,但是密闭的宇宙飞船里面确实充满了氧气。航天员处于充满氧气的宇宙飞船里面,很快就发生了两起严重的事故。

1961年,前苏联宇航员瓦连京·瓦西里耶维奇·邦达连科在地面进行耐低压模拟训练时发生了意外,被重度烧伤,最后不治身亡。1967年,美国阿波罗1号的三位宇航员在地面测试纯氧舱时,也因为火灾而意外身亡。

王亚平在中国空间站

不过,这两起事故与氧气中毒有什么关系呢?确实没有关系。事实证明,航天员处于充满氧气的密闭空间内(包括空间站),一般情况下并不会出现氧气中毒的症状。

原因就在于氧分压没有达到临界值。人体出现氧气中毒,有两个必要条件,一是持续吸入氧气,二是氧分压过高。

很多人把氧浓度与氧分压混为一谈,认为只要氧浓度达到一定指标,人体就会出现氧气中毒。实际上两者并不是同一个概念,在氧浓度很高的情况下,如果氧分压没有达到临界值,人体也不会出现氧气中毒。

中国空间站

所以,在空间站或者宇宙飞船里面,即便是充满了氧气,只要氧分压没有达到临界值,航天员也不会出现氧气中毒症状。

事实上,由于氧气浓度过高很容易引发火灾,目前无论是国际空间站还是中国空间站,其内部都不是纯氧环境,而是大致模拟地球大气环境。在空间站里面,氧气占比22%,氮气占比78%。

空气组成

在这种空间站环境中,航天员不需要带着氧气罩,跟在地面上正常呼吸一样。所不同的是,空间站中的空气成分少了稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)和其他物质(如水蒸气、杂质等),理论上来说更加纯净了。

最后,我们还有一个问题:航天员在空间站里面虽然不会吸入氧气中毒,但是呼出去的二氧化碳越来越多,当浓度超过一定界限时,二氧化碳中毒了怎么办呢?

太空

在空间站里面,如果二氧化碳浓度过高,那么航天员确实会有窒息死亡的风险。因此,空间站会采取一定的措施来控制二氧化碳的浓度。一般来说,控制二氧化碳的方法有两种:

一是直接把二氧化碳排放到太空中。这种方法首先要把空间站里面的二氧化碳收集起来,但是想要收集这些二氧化碳非常不容易,通常需要消耗大量的能量和化学药品。然后再把收集到的二氧化碳通过管道排放到太空中去。

太空漫步

二是利用过氧化钠(Na2O2)进行中和。在常温条件下,过氧化钠能够与二氧化碳发生化学反应,生成氧气和盐。这样一来,既解决了空间站里面二氧化碳浓度过高的问题,又能够为航天员提供一定的氧气,还可以利用盐来作为电解水的电解质,可以说是一举多得,完美地解决了棘手的空间站气体问题。

空间站中的氧气从何而来,航天员出舱需要携带氧气瓶吗?

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