宇航员在太空执行任务时间,维持在了180天,所需氧气从何而来?
随着中国空间站的建设进入了收尾阶段,人们也通过直播或者新闻报道,更详细了解到了宇航员们在空间站当中的日常生活。
除了关心他们的衣食起居,大家也很关心他们的“呼吸”问题,毕竟从直播画面来看,宇航员在舱内是没有佩戴任何“吸氧”装备的。
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但一般来说,一名航天员每天约需要550升氧气,这个数量虽不大,但是累积起来却很多,因为如今宇航员在太空中执行任务的天数都长达180天。
那么,这么长的时间里,他们所需的氧气从何而来?宇航员的出差之旅会面临无氧可吸的情况吗?
航天员每日所需的氧气量
虽然被誉为生命之源的往往是水,但是无色透明的氧气也是人类生活中必不可少的东西,毕竟咱们不是厌氧生物。因此宇航员进入太空并在空间站中长期驻留时,首要面对的就是“呼吸”问题,如何为他们提供足够的氧气,也是过去地面研究人员关注的重点。
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那么,生活在太空中的宇航员每天需要多少氧气呢?
根据科学测试来说,人每次呼吸的空气量大约为500毫升,若是按照正常每分钟呼吸16次的频率为基准来计算的话,一个人每天需要的空气量大约1.1万升。
而在这些空气当中,吸入空气中的氧含量为21%,呼出的则为16%左右,将二者结合,就能得出成人每次呼吸消耗的氧气,大约是空气量的5%,这些氧气将会转化为二氧化碳。
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综上所述,每个宇航员在太空中一天消耗的氧气量约为550升,3个人就是1650升。
当然,这个数据只是一个估算,不过每人550升的氧气,确实足够宇航员的日常生活了。如果只是生活几天,那么就可以用携带大量氧气瓶的方式解决供氧的问题,但若是要在轨生活180天,就要使用其他方式了。
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空间站内的氧气来源
首先咱们来看看国际空间站当中的氧气供给方式,毕竟在中国的天宫空间站搭建之前,国际空间站已经在太空中运转已久,帮助了多名宇航员完成了在轨任务。
根据资料来看,国际空间站上的氧气来源主要有两个,分别是高压氧气瓶和氧气发生器。其中高压氧气瓶应该是大家最为熟悉的了,人们将地球上的氧气输入其中,然后放在空间站当中备用。
一般来说,这种氧气瓶对于短期的飞行任务来说是足够了,但是却不足以宇航员长期在轨的氧气消耗,更不用说还有3名宇航员。所以为了确保氧气够用,空间站上的氧气发生器也发挥了关键的作用。
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由于工作原理不同,氧气发生器可以分成以下两个类型,分别是电解氧发生器和固体燃料氧气发生器。
相信大部分人都做过电解水的实验,而电解氧发生器就是基于这一实验原理来制造的,通过这一装置,水可以被分解成氢气和氧气。在成功分解之后,氢气会被排放出去,但是氧气会被留下来,以供宇航员们呼吸。
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固体燃料发生器,则是通过化学反应来制造氧气,在这一装置的燃料罐当中往往装有氯酸钠和铁粉的混合物,在经过点燃燃烧之后,就会分解出氧气。
资料显示,每公斤氯酸钠和铁粉的混合物,再通过这一装置以后,就能制造出可供6.5人呼吸1小时的氧气。由此可见,这种制造氧气的效率还是比较高的,美中不足之处就在于需要携带大量的固体燃料。
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正因如此,我国的天宫空间站主要依靠的是电解制氧系统,通过电解水的方式来制造出大量的氧气,让其成为宇航员长期驻留的主要氧气来源。
对此,可能有人会感到不解,因为电解水也需要充足的“水资源”,这就意味着人们要携带大量的水。这样的话,这一方式就和固体燃料发生器的弊端差不多了,都得让空间站“负重前行”。
实际上,之所以会让电解氧成为空间站氧气的主要来源,是因为人们掌握了“处理水”的技术,这就是空间站再生生保系统起到的作用。
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再生生保系统的助力
空间站的环控生保系统主要包括三个方面的功能,分别是环境控制、生命保障和应急生保,其中关键的再生生保系统是为空间站内提供氧气、进化空气和水循环回收的主要设备,对于宇航员们在空间站中的生活有着重要作用。
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一般来说,再生生保系统主要由电解制氧系统、二氧化碳去除系统、二氧化碳还原系统、水处理系统等多个系统共同构成,它们的“协调运转”,让宇航员在轨生活产出的废水和废气成功再生。
其中的水处理系统,它能将宇航员的汗液、尿液进行回收处理,将其进行深度净化处理,使其满足饮用水和电解制氧用水的需求。
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在它启用之后,就能确保空间站内形成“生态循环”,不但能为宇航员提供饮用水,还能让电解制氧设备不缺乏“原材料”。
资料显示,空间站3名航天员驻留期间, 每天电解耗水、饮用和卫生共需要约11kg水, 而通过空气冷凝水和尿液蒸馏回收, 平均每日可以提供约8.8kg的水, 水资源闭合度约80%。
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当然,在经过一段时间后,空间站还是需要进行水资源补充,要通过这一方式来补足回收利用效率不足的缺口。
除此之外,再生生保系统还能让空间站当中的空气实现再生,它一方面能对舱内宇航员呼出的二氧化碳进行处理,另一方面能通过电解制氧和储存供养设备,为宇航员提供充足的氧气。
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由此可见,再生生保系统的助力,解决了空间站内电解制氧设备“用水不足”的情况,使其能够长期保持正常的工作,帮助宇航员们在舱内“正常呼吸”。
值得一提的是,虽然目前空间站内各种制氧设备的运行,满足了人们的太空呼吸需求,但是研究人员依旧在寻找更多的制氧方法,希望未来能有更多的选择。其中,就包括使用“磁铁”来帮人们呼吸。
磁铁或许能帮助人们在太空呼吸
相关报道显示,此前西班牙的一个研究团队提出,人们可以使用磁铁来分离液体当中不同的成分,最终帮助人们获得氧气。其实这一方法,从本质上来说就和电解制氧差不多。
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这一研究团队认为,任何液体在磁场之下都可能会出现“极化”的现象,比如说水,它其实就是被磁铁排斥的,只不过咱们没有关注过。不过到了太空当中,这一排斥作用就会变得非常明显,因此人们可以利用它来将液体当中的“氧气”分离出来。
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