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很多人刷新闻的时候会纳闷,国际空间站离地四百多公里,上面常年蹲着六七个宇航员,飘了几十年,氧气怎么从来没听说不够用,难不成宇航员随身带氧气瓶上去,还能隔三差五就补一罐子?
其实这事说出来很多人可能不敢信,国际空间站现在用的绝大部分氧气,根本不是从地球运上去的,人家自己就在太空烧水,烧出来的氧气刚好够宇航员呼吸,还能多出来点存着备用。
这事要是掰扯明白,你就知道为啥人类能在太空住这么久,所谓的氧气供应根本不是传说中那种天大的难题,人家这套系统玩了几十年,稳得离谱不对不对,稳得特别靠谱。
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太空站刚起步那会,氧气确实都是从地球运上去的。上世纪苏联的和平号空间站早期,还有美国航天飞机送人的时候,都会带高压氧气瓶,或者是那种含氧的固体化学氧烛,有需要的时候点着就能出氧气。
但是从地球运东西上去有多贵,给大伙报个真实数据,现在商业火箭往近地轨道运一公斤东西,成本差不多是几千美元到几万美元不等,就算一个宇航员一天呼吸消耗大概0.8公斤氧气,六个人一天就是快五公斤,一个月就是一百五十公斤。
这一百多公斤运上去,光运费就得大几百万人民币,更别说你还得运食物水还有别的物资,长期这么玩谁也扛不住。所以科学家早早就想明白了,必须自己在太空造氧气,不能靠地球往这送。
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现在国际空间站造氧气的核心设备,叫做电解制氧系统,这套系统说出来特别简单,就是通电把水分解成氢气和氧气。
水从哪来呢?一部分是从地球运上去的饮用水,一部分是空间站回收的废水,包括宇航员生活用的废水,甚至还有宇航员呼吸排出来的水蒸气,都能收集起来净化之后再用。
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电解水的原理大伙上学都学过,给水通电,水分子就会分解成氢气和氧气,氧气直接抽到空间站的舱室里给宇航员呼吸,氢气呢也不浪费。
空间站还有一套反应系统,把氢气和宇航员呼吸排出来的二氧化碳放在一起反应,能生成甲烷和水,生成的水又能回去继续电解制氧,等于把资源又循环利用了一遍。
这套系统的效率其实挺高,国际空间站现在的主电解制氧装置,一小时大概能产出十二公斤多氧气,足够六个宇航员正常使用,完全满足日常需求。
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可能有人又会问,电解水需要电啊,太空哪来这么多电呢?这事更简单了,国际空间站外面铺了一大片太阳能电池板,只要对着太阳就能发电,现在国际空间站的太阳能阵列,总输出功率能达到一百多千瓦,除了给各种科研设备供电,剩下的电拿来电解水制氧完全够⽤。
就算空间站飞到地球阴影里,没法晒太阳发电,还有备用的储能电池,撑几个小时完全没问题,等飞出阴影又能接着发电,根本不存在缺电的问题。
而且这套系统还有备份,主制氧装置坏了还有备用的,就算真的出点小问题,空间站里还存着一定量的高压氧气瓶和化学氧烛,能撑到地面发射货运飞船送新的物资或者维修零件过来,这么多年从来没出过氧气不够用的安全事故。
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国际空间站的水和氧气其实一直都是循环起来用的,不是说用一次就扔了。整个空间站有一套完整的环境控制与生命保障系统,不仅制氧,还会回收所有能回收的水。
宇航员排的尿,洗漱用的废水,甚至呼吸出汗排出来的水蒸气,都会被收集起来,经过多层过滤净化,达到饮用水标准之后,一部分拿来喝,一部分拿来电解制氧。
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按照现在官方公布的数据,国际空间站的水回收率已经能达到百分之九十三以上,等于一百公斤水用了之后,能回收回来九十三公斤,只有不到七公斤被消耗掉,所以需要从地球补充的水其实不多,货运飞船每次上来带个几百公斤,就能用好几个月。
这样一来,不仅减少了从地球运货的成本,也从根本上解决了氧气供应的问题,只要有电有水,就能一直造氧气,根本用不完。
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可能还有人会担心,太空造出来的氧气会不会不纯,宇航员吸了没事吧?
其实这套系统早就在各个空间站上验证了几十年,从最早的和平号空间站就开始用电解制氧,到现在国际空间站已经用了二十多年,出来的氧气纯度比咱们地面医院用的氧气瓶纯度还高,完全符合呼吸标准。
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而且空间站还有专门的气体监测系统,时时刻刻盯着舱里的氧气浓度,一般会把氧气浓度维持在百分之二十二左右,和咱们地面大气的氧气浓度差不多,根本不会有氧气中毒或者缺氧的问题。
这么多年下来,这套系统已经非常成熟,可靠性很高,就算偶尔出点小故障,宇航员自己就能维修更换零件,不用专门派飞船过来救援。
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国际空间站的氧气之所以一直够用,核心就是三件事,第一自己用太阳能发电电解水制氧,不用全部从地球运,第二水和氧气都在空间站里循环利用,浪费极少,第三有备份系统和应急储备,就算出问题也能兜住底。
现在咱们国家的天宫空间站,用的也是类似的电解制氧加水循环系统,技术上比国际空间站这套还要更先进一点,水回收率更高,完全能保障宇航员长期在轨生活。
以后人类要去月球甚至火星,这套生命保障系统还会继续优化,让咱们走得更远。
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