空間站中的氧氣為什麼感覺永遠用不完,從何而來?


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空間站中的氧氣為什麼感覺永遠用不完,從何而來?

古人一直希望有朝一日能夠上九天攬月,現在我們終於擁有了自己的空間站,能夠讓宇航員長期駐留在太空中。

空間站是一種可以在近地軌道長時間運行的載人航天器,空間站中擁有供宇航員工作、生活所需要的一切設施,維持宇航員生存所須的水、氧氣、食物等也應有盡有。

人只要活著就需要呼吸,氧氣對人的生存至關重要,因為我們身體中的每個細胞都需要消耗能量,而能量的轉化過程需要氧氣的參與。

太空中空空蕩蕩的,食物和水都是從地面運上去的,地面會定期通過貨運飛船對空間站中的物資進行補給,那麼空間站中的氧氣也全部都是從地面運上去的嗎?

氧氣還真不是全從地面運上去的,大多數情況是利用空間站上的製氧設備製造氧氣。

太空中製造氧氣並不難,只要有水就行,這種制取氧氣的方式相信大家在初中都學過,就是將水電解成氫氣和氧氣。電解水的電力來源於太陽能發電。至於產生的氫氣,可以和收集自宇航員呼出的二氧化碳反應,生成甲烷和水,其中甲烷會被排出空間站。

之所以選擇在空間站中製造氧氣,而不是從地面運輸氧氣到太空,是出於經濟和安全角度的考慮。

氧氣在常溫常壓下是氣態的,要想運輸氧氣到空間站中,就必須將它存儲在密封的容器中,而要想在有限的容器中存儲大量的氧氣,就必須將它液化。這種存儲方式不易,需要使氧氣處於高壓低溫狀態,相較於直接運水上太空,這種直接從地面運輸氧氣到太空中的方式並不划算。

此外,氧氣是助燃劑,萬一在運輸途中發生洩漏,可能會引發火災,從而燒毀貨運飛船。並且大量的氧氣瓶存儲在空間站中也具有一定的安全風險,遠沒有在空間站中存儲水可靠。

水的安全、穩定性高,並且存儲容易,在空間站上只需將水電解就能製得氧氣,綜合來說比直接運氧氣上太空更划算、更安全,故而,科學家選擇了在空間站中直接製造氧氣。

一個成年人,一天24小時大約要消耗550升的氧氣,而一升的水(一升水在常溫常壓下,質量大約1千克)電解之後可以產生620升的氧氣。也就是說,僅需兩瓶500毫升的純淨水,就能保證宇航員一整天的氧氣消耗量。

制得的氧氣並不能直接供宇航員呼吸,因為人在純氧環境下呆久了對人體是有害的。因此需要將氧氣和氮氣等氣體,按照地表大氣的成分比例混合,這樣才能供宇航員直接呼吸。

這些水在空間站中也在不斷地循環,包括尿液、汗液在內,以及洗漱產生的廢水,都會被收集起來,淨化之後進行二次利用。電解所用的水大多是二次利用的循環水。

不管是製氧,還是水循環,都是基於環境控制與生命保障系統完成的。正是這一系列巧妙的閉環設計,減輕了地面向空間站供應物資的壓力。雖說是閉環,但在循環過程中都不可能保證100%的轉換效率,所以每隔一段時間仍然需要補充水等物資。

氧氣對宇航員的生存至關重要,考慮到太空中的不確定因素較多,一旦出現事故,基本上只能聽天由命,所以空間站上對氧氣的供應做了多重保障,除了電解水製取氧氣,空間站上也會儲存一定量的氧氣瓶和固體氧。氧氣瓶就不多說了,大家都懂,而固體氧的主要原理是通過固體化學物質的分解產生氧氣。

不管是國際空間站,還是我國的天宮空間站,都是採用了上述方法製造氧氣,而在潛水艇中也採用了類似的方式進行供氧。