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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?

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水一直被视为是生命之源,没有水也就没有生命,人类航天器在遥远地外世界寻找生命时,首先会去寻找水,有水才有可能有生命存在,然而对于高级动物而言,氧气也是必不可少的物质基础之一,我们每天需要大量氧气来维持生命。

地球大气中含有21%的氧气,并且全球植物不断地释放氧气,足够让全球人类呼吸,地球大气厚度只有100公里,运行在离地面400公里轨道上的空间站所处的环境完全是真空环境,没有水,没有氧气。


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?


众所周知,以美俄为首的16国共同打造的国际空间站,已经在400公里近地轨道上运行了20多年,长期有3~6名宇航员驻留在这里,最多的时候宇航员人数达到9名,每天要消耗大量的氧气和水。


如果完全依赖来自地面上的氧气和水,只怕每一个月货运飞船都要发射一次,给空间站运送数吨的氧气和水,这样一来,就大大增加了空间站运营成本,显然不太现实,再说了用飞船运送大量氧气还冒着极大的风险,氧让燃烧变得更加猛烈。

美国曾经就吃了这样的亏,1967年1月27日,阿波罗1号飞船进行了发射前的例行测试,跟发射是一样的,三名美国宇航员爬进了阿波罗指令舱,但谁也没有想到,指令舱突然窜出火苗,宇航员在呼叫完“火警”17秒后全部丧命。


为何三名宇航员瞬间全部丧命呢?调查人员发现主要是舱内纯氧惹的祸,舱内一小段镀银铜电线接头上的绝缘套破了,接头重复摩擦产生火星,纯氧让小火星猛烈爆发,十几秒,火势就已经大得无法控制了。

在纯氧环境中,一个小火星也会爆炸,就像炸药遇到火一样,变得十分可怕,我曾经就遭遇过,以前一位同事用氧气乙炔割枪切割金属,看到氧气管漏气,于是我用手捏住漏气处,这时一个小火星飞过来,小火星爆炸了,手瞬间被烧变形了,好几个月才恢复。


这两个例子充分说明,给飞船舱内注入纯氧直接让宇航员呼吸是很危险的,后来,美国宇航局也没有再继续这么做了,而是参照了地球大气的配比,让氧气含量约为21%,就算舱内真的产生了一个小火星,也没有什么大事。

其实不管是国际空间站,还是中国空间站,都有一套非常科学的“再生生保”系统,“再生生保”系统解决了空间站的用水和用氧问题,通过太阳翼获得的电力将水电解成氧气和氢气,氢气属于无法呼吸的废气,直接被排放到舱外,有用的氧气被放到室内。


水电解的化学式为2H2O=2H2↑+O2↑,1升水(1公斤水)可以电解出约0.1公斤氢气,0.9公斤氧气约等于630升纯氧,足够一个人一天24小时的呼吸需求,中国空间站上的三名航天员一天只需要三公斤水来制氧就足够了。

国际空间站的“再生生保”系统时刻检测和监控空气中的氧气浓度、二氧化碳浓度,以及少量有毒气体浓度,吸走多余的二氧化碳气体和有毒气体,对舱内空气起到净化作用,让空间站中的空气环境跟地面空气比例一样,保证航天员的身体健康。


你可能会纳闷,空间站内的有毒气体从何而来?尽管空间站结构和电子设备都使用了无毒放心的航空材料,但还是会产生少量的有毒气体,人体每天也会通过“放屁”的方式排出一定的废气,废气中就含有一定的毒素,而“再生生保”系统就可以净化空间。

每名航天员平均每天要用掉4公斤水,加上用来制氧的3公斤水,三名航天员每天需要15公斤水,那么半年时间就需要3吨水,再加2吨食物和2吨物资,一艘天舟飞船装不下,需要两艘天舟飞船,成本显然过高。


其实“再生生保”系统,可以将废水净化成可以纯净水,达到可饮用级别,“再生生保”系统收集航天员尿液和散发到空气中的水蒸气,将它们净化成水,据说转化率高达80%以上,这意味着3名航天员半年时间实际只需要1吨水就够了。

总之,不管是国际空间站,还是中国空间站都使用了最先进的航天技术,能够制造可供呼吸的空气,还能形成闭合的水循环,大大减少了航天员对生存物质基础依赖程度,支持人类探索更远的外太空。有趣有料的科学内容请关注唯一的微信公众号:有趣探索

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