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空间站中的氧气为什么感觉永远用不完,从何而来?

发布时间:2021/8/21 12:05:25 人气:1

古人一直希望有朝一日能够上九天揽月,现在我们终于拥有了自己的空间站,能够让宇航员长期驻留在太空中。


空间站是一种可以在近地轨道长时间运行的载人航天器,空间站中拥有供宇航员工作、生活所需要的一切设施,维持宇航员生存所须的水、氧气、食物等也应有尽有。

空间站中的氧气为什么感觉永远用不完,从何而来?


人只要活着就需要呼吸,氧气对人的生存至关重要,因为我们身体中的每个细胞都需要消耗能量,而能量的转化过程需要氧气的参与。


太空中空空荡荡的,食物和水都是从地面运上去的,地面会定期通过货运飞船对空间站中的物资进行补给,那么空间站中的氧气也全部都是从地面运上去的吗?

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氧气还真不是全从地面运上去的,大多数情况是利用空间站上的制氧设备制造氧气。


太空中制造氧气并不难,只要有水就行,这种制取氧气的方式相信大家在初中都学过,就是将水电解成氢气和氧气。电解水的电力来源于太阳能发电。至于产生的氢气,可以和收集自宇航员呼出的二氧化碳反应,生成甲烷和水,其中甲烷会被排出空间站。

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之所以选择在空间站中制造氧气,而不是从地面运输氧气到太空,是出于经济和安全角度的考虑。


氧气在常温常压下是气态的,要想运输氧气到空间站中,就必须将它存储在密封的容器中,而要想在有限的容器中存储大量的氧气,就必须将它液化。这种存储方式不易,需要使氧气处于高压低温状态,相较于直接运水上太空,这种直接从地面运输氧气到太空中的方式并不划算。

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此外,氧气是助燃剂,万一在运输途中发生泄漏,可能会引发火灾,从而烧毁货运飞船。并且大量的氧气瓶存储在空间站中也具有一定的安全风险,远没有在空间站中存储水可靠。


水的安全、稳定性高,并且存储容易,在空间站上只需将水电解就能制得氧气,综合来说比直接运氧气上太空更划算、更安全,故而,科学家选择了在空间站中直接制造氧气。


一个成年人,一天24小时大约要消耗550升的氧气,而一升的水(一升水在常温常压下,质量大约1千克)电解之后可以产生620升的氧气。也就是说,仅需两瓶500毫升的纯净水,就能保证宇航员一整天的氧气消耗量。

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制得的氧气并不能直接供宇航员呼吸,因为人在纯氧环境下呆久了对人体是有害的。因此需要将氧气和氮气等气体,按照地表大气的成分比例混合,这样才能供宇航员直接呼吸。


这些水在空间站中也在不断地循环,包括尿液、汗液在内,以及洗漱产生的废水,都会被收集起来,净化之后进行二次利用。电解所用的水大多是二次利用的循环水。

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不管是制氧,还是水循环,都是基于环境控制与生命保障系统完成的。正是这一系列巧妙的闭环设计,减轻了地面向空间站供应物资的压力。虽说是闭环,但在循环过程中都不可能保证100%的转换效率,所以每隔一段时间仍然需要补充水等物资。


氧气对宇航员的生存至关重要,考虑到太空中的不确定因素较多,一旦出现事故,基本上只能听天由命,所以空间站上对氧气的供应做了多重保障,除了电解水制取氧气,空间站上也会储存一定量的氧气瓶和固体氧。氧气瓶就不多说了,大家都懂,而固体氧的主要原理是通过固体化学物质的分解产生氧气。


不管是国际空间站,还是我国的天宫空间站,都是采用了上述方法制造氧气,而在潜水艇中也采用了类似的方式进行供氧。

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