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国际空间站在太空飘了几十年,氧气为啥一直用不完?

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国际空间站从1998年发射首个舱段,到现在已经在四百公里左右的近地轨道转了二十多年,上面长期驻留着三到六名航天员,每天都要呼吸消耗氧气。

很多人翻遍科普资料都会产生一个疑问,每次任务运送上去的氧气罐,撑死也就够航天员用一阵,就算加上货运飞船定期补给,这么多年下来运输成本早就高到天上去了,总不可能把地球的氧气没完没了往太空运吧。



而且太空近乎真空,一点氧气都漏不进来,国际空间站本身就是个密封的大铁罐子,里面的氧气居然从来没缺过,甚至还能保证航天员正常生活和工作,这里头到底藏着什么门道,难道空间站自带了看不见的氧气工厂吗?



这事说出来其实挺简单,国际空间站压根就不靠从地球运氧气过日子,人家自己在太空就能造氧气,核心设备就是一套电解制氧系统。这套系统的原料,说出来大伙都熟,就是最普通的水。

很多人不知道,水本身就是由氢原子和氧原子组成的,化学式就是H₂O,只要给水电上足够的直流电,就能把水拆成氢气和氧气,氧气直接抽到空间站的舱内供呼吸,氢气则会被收集起来,后续还有别的用处。



这套技术早在上世纪六七十年代的航天任务里就已经验证过,到建设国际空间站的时候,技术早就成熟了。

现在国际空间站用的主要制氧设备,是美国舱段的环境控制与生命保障系统(ECLSS),里面核心的电解制氧装置,每天大概能产出十二公斤左右的氧气,这点量刚好够六名航天员一天的呼吸消耗,完全能满足日常需求。



说到这可能有人又会问,造氧气要用的水,总还是从地球运上去的吧?

其实也不全是,国际空间站早就把水循环利用玩明白了,连航天员排的尿液,还有太空里产生的汗液蒸发,甚至呼吸出来的水蒸气,都能收集起来经过多重过滤净化,变成可以重复利用的纯净水,一部分拿来喝一部分拿去电解制氧。



这套闭环系统能回收差不多百分之九十三左右的废水,大大减少了需要从地球运输的水量,也就间接降低了对地面补给的依赖。

电解出来的氢气也不会随便扔掉,空间站还设计了萨巴蒂尔反应系统,把氢气和航天员呼吸排出的二氧化碳放到一起反应,生成甲烷和水,生成的水又能回到制氧流程里继续用,进一步提高了资源利用率,相当于把整个氧气生产做成了一个闭环,只要有电就能一直循环下去。



那一直制氧需要的电又是哪来的,国际空间站本身就在近地轨道运行,每天绝大多数时间都能晒到太阳,空间站的外墙上挂满了大块的太阳能电池板,这些电池板把太阳能直接转换成电能,不仅够整个空间站的设备运行,还能满足电解制氧的用电需求,完全不需要地面输送能源。

除了这套主打的电解制氧系统,国际空间站也留了后手,会带一些固态的氧气源作为备份,也就是通常说的氧烛,氧烛主要成分是氯酸钠和铁粉。



只要点燃就能持续分解出氧气,一根氧烛大概能供一个人用十几个小时,平时很少用到,只有在电解系统出故障的时候才会启用,作为应急补氧用。

另外俄罗斯舱段也有自己独立的制氧系统,叫做“Elektron”电解制氧装置,和美国舱段的系统形成备份,就算一个出问题,另一个也能顶上,保证舱内的氧气浓度稳定在和地球海平面差不多的水平,也就是大概百分之二十一左右,和地面空气没差。



整个逻辑就是人类把制造氧气的生产线直接搬到了太空,用不完的太阳能当动力,用循环回收的水当原料,靠成熟的电解技术持续生产氧气,不需要一直从地球运,自然也就不会耗尽。

这套生命保障系统,现在也成了人类未来建设月球基地,甚至登陆火星的技术基础,以后人类走得更远,也能靠类似的闭环系统,在太空长期生存下去。



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