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國際空間站的氧氣到底從何而來?為什么十幾年了還沒耗盡呢?

空間站上的氧氣一方面靠地面供應,另一方面靠電解水循環(huán)使用,空間站上有完整的生命保障體系。

離開空氣,人也許只能存活兩三分鐘,我們在地面每時每刻都在呼吸,但在距離地面400千米的太空上,是沒有空氣的。

空氣的作用不僅僅是提供氧氣讓人類呼吸,空氣的成分以及壓強問題也至關重要。

在真空環(huán)境中,水的沸點接近0℃,這就意味著人類在真空環(huán)境中,身體上的水分會瞬間沸騰起來,水分蒸發(fā)殆盡之后,人體很快就會變成一具干尸。

空間站則是創(chuàng)造了一個跟地面類似的環(huán)境,提供充足的食物、水源以及氧氣,才得以讓宇航員在距離地面400千米的地方,執(zhí)行太空任務。

國際空間站是16個國家通力合作,花費1600億美元才建立起來的,這個比足球場還大的空間站,是靠一次又一次的火箭運輸,才將零部件運送到太空中,最后拼接起來。

那么在上面生活的宇航員,所需的生活物資也需要一次又一次的運送上去,但是水源和氧氣僅僅靠著從地面運送,需要花費巨大的成本,這顯然是不現(xiàn)實的。

那么空間站上的氧氣,究竟是從何而來,為何十幾年還沒有耗盡?

1、早期載人航天探測器采用的是低壓純氧的環(huán)境

現(xiàn)在的國際空間站上的空氣跟地球大氣層里的是一樣的,氧氣的占比在22%左右,氮氣占比將近78%。但在以前,早期的載人探測器采用的是純氧環(huán)境。

因為發(fā)射探測器到太空,重量越小越好發(fā)射,采用純氧可以盡量少攜帶空氣上太空,探測器內部是個低壓環(huán)境。

但是后來發(fā)生了幾次事故,讓科學家們意識到,低壓純氧并不是好的選擇。1961年,蘇聯(lián)最小的宇航員瓦連京·邦達連科,在純氧艙測試時被活活燒死,當時他只有23歲。

1967年,阿波羅1號的三位宇航員,在地面測試純氧艙時,也因為突發(fā)火災而犧牲。純氧低壓艙的方案很快便被放棄了。

到了1973年時,天空實驗室采用75%氧氣和25%氮氣的低壓環(huán)境,但也不是最好的方案。

直到后來的國際空間站,才采用跟地球大氣一樣比例的空氣,無論是氧氣含量還是艙內壓力,都跟地面上接近。這

才讓宇航員最大限度的適應了空間站上的生活,因為他們執(zhí)行任務的時間,長達數(shù)月之久,低壓環(huán)境很難長時間生存。

當然了,空間站能夠采用22%氧氣占比的空氣,也跟科學技術的進步有關,因為含氧量較低的空氣,不可能僅僅靠地面運輸來維持。

2、空間站上的氧氣靠電解水來提供,并且可以循環(huán)利用

國際空間站上的太陽能電池板,為整個空間站的運行提供電力資源,將水電解成氧氣和氫氣并不太難。

電解水有一個好處,就是很少量的水,可以電解生成很多氧氣,1升水完全電解之后,可以生成620升氧氣,而一名宇航員一天所需的氧氣,大約為550升。也就是說一升水電解之后的氧氣,完全后一名宇航員使用一整天。

水電解生成氧氣和氫氣,氧氣供宇航員呼吸,氫氣也沒有浪費,而是收集起來,借助催化劑,在一個叫作薩巴捷反應器的裝置中,與宇航員們呼吸產生的二氧化碳發(fā)生化學反應,產生水,只留下甲烷作為廢物。

只要空間站有足夠多的水,氧氣完全不成問題,因此水的合理利用顯得至關重要??臻g站上的水資源利用率也非常高,幾乎所有的廢水都會重新利用,包括宇航員小便產生的尿液,都會收集起來,凈化之后重新使用。

因此,空間站上的氧氣主要來自水資源,通過電解水的方式產生氧氣。產生的氫氣又可以和二氧化碳生成水,氧氣和水就是這樣循環(huán)使用,只要有水,就有源源不斷的氧氣供應。

3、補給飛船為空間站運送氧氣

以目前的技術,國際空間站上的水資源和氧氣,都無法做到100%重新利用,循環(huán)使用過程中總是有一些損耗。

因此空間站需要地面補給物資,每隔一段時間補給飛船就會運送食物、水源以及氧氣等物資到空間站。

一種方式是直接運送加壓氧氣罐到空間站,另一種方式則是運送固體燃料氧氣發(fā)生器,利用固體粉末的化學反應來制造氧氣。目前比較常見的是使用氯酸鈉和鐵的固體粉末混合物,點燃后會生成氧氣。

所以說,地面補給是空間站氧氣來源不可或缺的一種方式。

4、宇航員太空行走時,宇航服內必須是低壓純氧的環(huán)境

前面我們介紹的是,宇航員在空間站的生活環(huán)境,空氣比例跟在地面上差不多。但如果宇航員出艙執(zhí)行任務,宇航服內必須采用低壓純氧的環(huán)境。

宇航員在執(zhí)行出艙任務時,將宇航服內灌入純氧,但不能灌入太多,因為宇航服必須要保證低壓環(huán)境。

輸入純氧很好理解,可以盡可能多的為宇航員提供氧氣。其實保持低壓是為了宇航員方便執(zhí)行任務,因為空間站外是個真空環(huán)境,宇航服內如果壓力過高,那么衣服會鼓起來,而且宇航員很難活動,這個執(zhí)行任務帶來不便。

5、結語

我們生活在地面上,習慣了呼吸免費的空氣,忽略空氣的重要性,甚至感受不到空氣的存在。

但在距離地面400千米的空間站上,空氣是非常寶貴的,空間站必須源源不斷的產生新鮮空氣,才能保證宇航員的生存。

其實空間站上有一整套保證宇航員生命的系統(tǒng),這個系統(tǒng)可以讓水資源和空氣循環(huán)使用,可以過濾掉水哥空氣中的雜質和有毒物質。

但是不管怎樣,在空間站上工作生活,都不一件容易的事,宇航員們在失重的環(huán)境中,在密閉狹小的空間里,執(zhí)行長達半年之久的太空任務,對他們的身體和心理,都是極大的挑戰(zhàn)。

2021年6月17日,神舟十二號搭載三位航天英雄,成功登陸中國自己的空間站,標志著中國航空史新的階段。

我們的天宮空間站相比國際空間站,在很多方面有所改進,宇航員們的太空生活會更加舒適!

最后向所有的宇航員們致敬,是他們冒著生命危險,犧牲自己的身體健康,為人類探索太空做出巨大貢獻!

預祝我國的三位航天英雄,能夠圓滿完成太空任務,凱旋歸來!

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