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3名航天员每天要1650升氧气,执行180天任务所需的氧气从何而来?

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对于人类而言,氧气和水是人类生存的物质基础。在地球表面,大气当中就有21%是氧气,干净的淡水虽然不易获取,但通过现代化技术,也可以确保淡水的供应。可我们要知道的是,空间站一般是在距离地面400公里的高度,这里大气稀薄,几乎是真空状态,没有氧气,也没有淡水。那么问题来了,3名航天员在空间站生活时,每天所需1650升氧气,执行180天左右的任务需要大量的氧气,那这些氧气从何而来?


国际空间站

这里我们以国际空间站为例。国际空间站是1993年由全球16个国家建造的,90年代末开始投入使用,至今已有20多年的时间。那国际空间站这么长时间以来,是如何确保国际空间站的氧气和淡水的供应呢?


国际空间站所处的高度是350公里-400公里的轨道高度,在这个高度上,太空当中几乎是没什么东西的。因此,不可能实现就地取材。那有没有可能把氧气和水送上去?

实际上,直接送氧气上去是十分不划算的。虽然可以通过压缩氧气,但是氧气不仅不稳定,还很不安全,我们来举个例子:

1967年1月27日,阿波罗1号太空船,在进行一次例行的测试中,指令舱内发生火警,仅仅几秒内,火势就迅速蔓延,完全失去了控制,地面人员花了五分钟时间才成功打开舱门,并控制住火势。悲剧的是,当时在舱内的三位宇航员全部丧生。


经过仔细的事故调查,调查人员发现,火灾是由太空船内某处电线产生的火花。照理说,如果只是电线火花,不应该发生这样的事件。问题的核心其实出在了当时太空船内是纯氧的环境,氧气是极佳的助燃剂,只要一星半点火花,就可以被快速引燃。

如果直接运氧气上去,非常不安全,不仅在运输过程中有安全隐患,在输入到空间站的过程中以及空间站使用氧气的过程中,如果也出现“火花”,那后果不堪设想。所以,只能考虑其他的办法。


除了直接送氧气上去之外,比较便捷的方式就是在空间站当中制备氧气。最常见的方法就是:电解水。电解水之后,水会分解成:氢气氧气。用这个方式在地球表面制备氧气是很不经济的,主要是因为地球上有很多水资源,而用这种方式制备太费电,浪费能源。不过,在太空当中,空间站可以利用太阳能板来获取太阳能,通过太阳能发电来分解水,可以说是一个不错的选择。可能有人要问了,产生的氢气要如何处理?毕竟氢气也属于易燃气体,也可能会引发安全隐患。


具体来说是这样的,宇航员在太空中吸入氧气后,会换出二氧化碳,然后收集这些二氧化碳和氢气进行反应,生成甲烷。最后,把甲烷排出空间站,然后留下水继续使用。在空间站中,只需要分解1升的水(也就是我们常见的两瓶矿泉水的量),就可以制备620升的氧气,而一个宇航员一天所需要氧气量是550升,也就是说,电解一升水,不仅够航天员一天的氧气量,还有剩余。


空间站的水

水也是航天员急需的,所以问题其实就转换成了,空间站的水是如何保证的?

实际上,空间站的水确实是通过货运飞船送上去的。这些水会装成一个个“水包”,每个水包都有20升的水,也就是说,一个水包里的水就够22天氧气的供应。不过,这些“水包”并不是用来电解解生成氧气的,因为这样做实在太浪费了。


宇航员每天在空间站当中,需要用到很多水,把水送到空间站并不容易,成本高昂。因此,这些水需要被非常高效地利用。在空间站当中,有一个水循环系统。其中,这个系统会把宇航员在工作和生活中用掉的水,空气中的水蒸气,甚至是航天员的尿液、汗液、都收集起来,进行废水处理,会进行多次的蒸馏、分离、过滤,最终将这些废水转化为可以饮用的水。然后,再利用这些水进行电解,得到氧气和氢气,给航天员供应氧气。

这里要补充一下,供应给航天员的氧气并非是纯氧,而是氧气和氮气的混合气体,这主要目的就是为了安全。空间站这样的水循环系统,就可以最大程度地节约用水。


总结

通过空间站的水循环系统和电解水的方式,只需要货运飞船定期往空间站运送“水包”,就可以确保空间站“水”和“氧气”的供应。除此之外,除了正常的氧气供应之外,空间站上还有一些“备份”,比如:氧气瓶,还配备了氯酸钠和铁的固体粉末混合物,只要点燃这个固体粉末,就可以释放出氧气。

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