太空中并没有氧气,那么空间站的氧气怎么来的?

2021-06-17 21:07:22 鹰眼看世界

长久以来,我们人类都对地球以外的世界充满着强烈的好奇心,1961年4月12日,著名的宇航员加加林(Yuri Alekseyevich Gagarin)乘坐“东方1号”宇宙飞船首次进入了太空,从此开启了人类的载人航天之路。时至今日,人类早已不满足于“在外太空兜一圈就回来”,为了长时间地呆在外太空,人类建造了好几个空间站,而其中我们最熟悉的就是国际空间站(ISS)了。

航天科技一直以来都是我们人类所不断探索的宝藏,尤其是空间站项目能给很多的科研实验提供非常好的实验场地。我们知道人类是不可能离开氧气的供给的,人类的正常生命活动必须要有氧气的参与,不论是上天还是入地,都需要有氧气为人类进行正常的生命活动。在浩瀚的太空中航天员如果想要在其中存活,必须要有航天服以及太空舱为人体提供氧气。空间站中的氧气要保持在一个兆帕左右,气压以及氧气含量都要达到人体能接受的范围。所以说在空间站中不仅要有氧气,而且还需要有一定的气压保证航天员的正常还是生活。那么国际空间站的氧气是怎么来的呢?

其实这个问题的答案并不复杂,国际空间站获取氧气的主要方式就是电解水,即利用电能将水分解成氢气和氧气。简单地讲就是,电解水的设备所需要的电能由太阳能电池板提供,其产生的氧气用于宇航员的呼吸等用途,而氢气则会被当作废气排出。

但另一个问题就来了,国际空间站的氧气为什么一直都用不完呢?需要注意的是,水里蕴含的氧气其实是很多的,一升水完全电解后可产生大约620升的氧气,而一个人每天大概会消耗550升的氧气,也就是说,只需要很少的水量,就可以保证宇航员的氧气供应。

地面上会定期给国际空间站运送各种物资,其中当然也包括水,上图为JAXA(日本航空航天探索局)的“HTV-6”货运飞船准备发往国际空间站的水包,每个水包都有20升的水,如果将它们用于氧气供应,一包水完全电解后所生成的氧气就足够一个宇航员呼吸22天。

然而国际空间站里的水并不能全部用于制造氧气,这是因为宇航员的日常的生活和工作都需要大量的水,再加上从地面将水运送到外太空的成本很高,所以说在国际空间站里,水是非常珍贵的资源,必须得到有效的循环利用。

对此人们采用的方法是废水回收,具体点讲就是说把宇航员在生活和工作中产生的各种废水(如洗漱水、尿液等)全部收集起来,除此之外,那些宇航员排放在空气中的水蒸气也会通过冷凝的方式进行收集,数据显示,国际空间站在废水回收这方面做得很好,可以回收大约93%的废水。这些废水在经过多重蒸馏、分离以及过滤等过程后,将重新转化为可饮用的水以供后续的使用。

整个过程如上图所示,我们可以看到,国际空间站中的绝大部分水都是处于不断地循环利用的状态,在这个过程中,除了无法收集到的废水以外,只有用于制造氧气的水是真正地被消耗掉了,而因为被消耗掉的水很少,完全可以依靠地面上的补给来维持,所以国际空间站就能够给宇航员提供源源不断的氧气,一直都用不完。

顺便讲一下,国际空间站中还有一个完善的环境控制与生命保障系统,这个系统可以有效地清除宇航员在这里所产生二氧化碳、硫化氢、氨气等废气,并提供合适气压以及空气的组成比例,从而保证了宇航员身心健康。

需要指出的是,除了以电解水的方式获取氧气之外,国际空间站还准备了两种备用的方式来应付不时之需,第一种就是直接准备了一些加压的氧气罐;第二种则是固体燃料氧气发生器,它可以利用固体粉末的化学反应来制造氧气,比如说氯酸钠和铁的固体粉末混合物在被点燃时就可以生成氧气(反应方程式为:NaClO3 + Fe +点燃 = O2 + NaCl + FeO),因为点燃就可以产生氧气,所以很多宇航员都亲切地将其称为“氧气蜡烛”。

就目前来看,我们人类还没有制造出能够完美地自给自足的封闭环境,这也是人类探索宇宙的一大障碍,不过人类的科技在不断地进步,也许会在不远的未来,我们的科学家就能够达到这个目的。可以想象的是,到那个时候,人类就可以摆脱地球的束缚,从而真正地走进星辰大海。

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