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国际空间站上哪来的氧气?为何不会被用尽呢?

呼吸是人体与外界交换物质的最重要的途径之一,也是人类最重要的生存条件。

失去食物,人最多可以活十几天;失去水,人最多只能活三天;失去氧气,人可能撑不过三分钟

在地球上我们生活在大气层中,不会缺少空气。然而,在千里之外的国际空间站中,宇航员们呼吸的氧气是哪里来的呢?难不成光靠补给飞船往上运吗?

可能有的小伙伴会说了:“你傻呀,直接加氧气罐放氧气不就行了?”

其实早期载人航天时,科学家们就是这么想的,直接加氧气罐,让宇航员呼吸纯氧不就好了吗?既方便,纯氧又可以让宇航员呼吸更长时间,不用担心时间长了氧气浓度降低。

同时纯氧有一个好处,就是能够避免宇航员因出舱后,从气压高的舱内转到气压低的航天服产生人体氮气饱和,从而避免宇航员得上减压病

宇航员出舱

你看,纯氧好处多多,又简单粗暴,直接用氧气罐供纯氧不就好了?

然而,由于氧气是极佳的助燃剂,“纯氧加仓”让人类在载人航天初期受到了惨痛的教训。

惨痛的教训

在1961年3月,苏联飞船在进行地面实验时,就因故障导致飞船起火,宇航员被活活烧死。在1967年,美国的阿波罗1号在地面实验时,也因为电缆产生火花引发了火灾,致使三名宇航员被烧死。

阿波罗1号火灾

因此,在后续的载人航天活动中,各国开始将空气更换为模拟地球大气的混合气体,主要是将舱内空气由原来的纯氧替换成氮、氧混合物,并加入二氧化碳以刺激神经中枢。

像是后来的礼炮系列、和平号空间站到现在的国际空间站都使用混合气体。而混合气体的主要来源仍是压缩气瓶,利用运载火箭运输到空间站内再打开气瓶。

因为氧气瓶实在是太重要了,所以空间站一直都储备有充足的氧气瓶。不过空间站毕竟长时间驻有宇航员,氧气会被不断消耗,像是屁(氨气、硫化氢)、二氧化碳等一些有毒气体会不断积累,电子设备长期运转也会不可避免产生有害气体,因此空间站都装备了很完善的生命保障系统以维持空气的清洁。

又因为空间站与地面之间不能快速地与地面交换资源,只能凭借几周乃至几月一次的货物飞船传递物资,因此对于空间站来说,循环系统尤为重要。

循环系统

在国际空间站内,氧气循环主要靠水,电解水

目前很多火箭都是用液氧液氢作为燃料,氢气与氧气燃烧会生成,喷薄而出的水蒸气会给火箭带来强大的推力。反过来,通过给水通电,可以生成氢气与氧气

而“被电解的水”则由回收系统在各处收集,比如呼吸带来的水蒸气、尿液、废水等,回收而来的水一部分会被作为电解的对象,一部分可能会作为饮用水等重复使用。

水回收装置

电解水是一种制造氧气的途径,不过你也看到了,电解水的生成物不仅是氧气,还有氢气。因此,需要想办法利用起氢气,要不然只能眼睁睁地看着宝贵的氢气被排放到太空。


空间站电解水的设备

通过一些巧妙构思,科学家找到了利用氢气的途径。

科学家通过收集宇航员们呼吸出的二氧化碳,使其与氢气反应,即可得到和甲烷。多余的甲烷会被排出到太空,而产生的水则会回到空间站继续循环。除此之外,空间站还配备氢氧化锂或者氢氧化钾配合去除二氧化碳。

总得来说,空间站最重要的氧气来源还是氧气瓶,不过太空舱内的空气会混杂着氮气,以模拟大气成分,增加安全性。其次会通过电解水、二氧化碳加氢法和氢氧化锂(钾)消除法循环氧气并去除呼吸产生的废气。

从原理上来说,载人航天器的空气支持组件并没有多么高大上,但是既简单粗暴,又实惠可靠。在危机四伏的太空旅行中,不正是需要这样可靠简单的设备来保障人员安全吗?

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