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中国空间站每天需1800升氧气,航天员住半年,33万升氧气怎么来?

 氢氢地春雨 2023-01-17 发布于北京

吃饭、睡觉、上学、看电视、玩儿游戏,你对地球上的生活再熟悉不过了,但你想过在太空生活是什么样子的吗?那可是一项巨大的批战。为什么这么说呢?做一个深呼吸,便劲儿想想。

深呼吸啊!我好像透露了一个答案。

人类离开空气便无法生存。我们呼吸氧气,氧气是保持身体细胞健康有活力的必需品,但太空中没有氧气。

实际情况是,一个成年人每天需要600升氧气,也就是说天和核心舱内的航天员每天需要1800升氧气,而3名神舟13号航天员将在天和核心舱内生活半年时间,共需要约33万升氧气,这么多氧气能充满330立方米空间,天和核心舱内部只有110立方米,这么多氧气怎么来?

电解水制造氧气

如果没有氧气大多数人只能生存几分钟,如果氧气的浓度过低人就会出现疲劳及头晕的症状。

空间站里氧气主要来自电解水,并且用高压密闭罐来储存。电解水所消耗的电力由空间站的太阳能电池板提供。

一个水分子包含两个氢原子和一个氧原子,当水分子被电解时水分子就裂解成氢原子和氧原子,氢原子和氧原子再重新结合成氧分子和氢分子。

在地球上人们呼吸的氧气,实质上也是来源于水的分解,不过它是通过地球上的植物、海藻、一些浮游植物的光合作用来分解水分子。

在光合作用中,植物吸收二氧化碳,释放出氧气并产生葡萄糖。光合作用中产生的氢参与了糖的生成,氧气则释放到大气中了。

所以如果人类能够掌握植物制造氧气的方法其意义无疑是深远的,植物在光合作用的过程中产生的副产品对于我们来说就是食物糖,(糖是维持生命活动的重要物质)。

植物光合作用的过程非常精妙,这也是生命活动的特点之一。

电解水产生的氢气可以和宇航员所产生的二氧化碳进行反应,生成水和甲烷(沼气)。水可以重新参与电解,以制造氧气。甲烷与剩余的氢气则排放到太空中。

科学家一直希望这个循环过程是完全封闭的,不浪费一点物质,或者让氢和甲烷的排放产生推力,用于调整飞船姿态。

如何清除二氧化碳?

当人体细胞分解食物时,我们的身体中就会产生二氧化碳,然后通过呼气将它释放出去。在大气中,二氧化碳浓度约为0.04%。然而,在航天器的密闭舱内(航天飞机或空间站内部),如果不加控制,二氧化碳浓度可能会不断升高。由于二氧化碳是有毒的,所以浓度过高就会造成问题。

随着周围空气中的二氧化碳浓度增加,人们将会发生如下症状:在地球上,植物可以通过光合作用来清除二氧化碳。植物吸收二氧化碳,释放氧气。然而在航天飞机中,必须通过化学过程将二氧化碳从机舱空气中去除。

大多数航天飞机仅仅依靠过滤器来清除二氧化碳:过滤器中含有粉末状氢氧化锂,当含有二氧化碳的空气通过过滤器时,二氧化碳就会与氢氧化锂结合,生成碳酸锂和水。所有的氢氧化锂一旦用完,过滤器就要被丢弃并更换新过滤器。

在使用氢氧化锂过滤器方面曾出现过一次重要的事件,即“阿波罗13号”事件。

当时,发生了一次爆炸之后,指令舱无法启用,航天员最后乘坐登月舱生还。

登月舱使用的是圆形氢氧化锂过滤罐,而指令舱利用的是方形过滤箱。登月舱的空间本来是为两个人设计的,可当时有三个人呼吸其中的空气,所以登月舱里的过滤粉很快就用完了。由于过滤设备形状不同,航天员无法顺利进行替换。

因此,航天控制中心的工程师想方设法,让登月舱的气流经过方形的氢氧化锂过滤罐。航天员利用胶管、护套、塑料袋和管道胶带迅速创建了一个引流系统,最终所有人都免于二氧化碳过多引起的死亡。

在太空里,如果某个太空舱出现污染,宇航员将迅速封闭该舱室,并启动净化程序,以防污染扩散。

结语:面向未来更长期的太空驻留任务,科学家寄希望于第三代环控生保系统一一受控生态生保系统,它能够通过种植作物而自然地产生氧气和清除二氧化碳,这些植物不仅能够提供可用于呼吸的空气,而且还能够为航天员提供食物。

然而,空间站生活空间有限,该如何在狭小的空间内种植大量的作物,这是科学家们的另一道难题。

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