神舟13号乘组太空出差180天,需氧气近30万升,空间站氧气从哪来

神舟13号载人航天飞船成功发射后,三名航天员已经在太空中生活8天了。神舟13号乘组翟志刚,王亚平,叶光富将在太空出差180天,也将打破神舟12号乘组在轨驻留90天的纪录。

神舟13号uefa起到承前启后的重要作用,从神舟14号开始,我国载人航天飞船乘组每次执行任务的时间都将达到6个月以上。

要知道太空环境和地球环境天差地别,太空接近于真空环境,不受大气的保护,也没有氧气、食物和水,那么三名航天员在空间站生活六个月所需的氧气从何而来呢?

任何生物保持生命体征都需要三种物质:水、氧气及食物,即便是在太空中的航天员们。他们所需的水和食物相对好解决,像天舟二号、天舟三号这样的货运飞船就可以为航天员运送食物和水。

但在接近于真空环境下的太空,氧气供给才是首先要解决的问题,因为连呼吸都不能正常进行,再多的水和食物都是没有用处的。

每位航天员每天所需的氧气非常多,只靠地面发射货运飞船运送氧气成本非常大,而且这些氧气很快就会耗光,所以从地面运送氧气不太现实,只能在空间站中制氧供给航天员。

空间站与太空环境是完全隔离且密闭的,如果出现一丝细缝都是相当危险的。20世纪60年代,美苏开始在各个领域内比拼,其中就包括载人航天领域。

54年前,美国的阿波罗1号在一次例行测试中,突然起火,导致飞船上的三名宇航员死亡。当时,指令长、高级驾驶员及驾驶员的宇航服都因火灾高温粘合在一起。

经过调查后,火灾原因为连接环境控制单元的电线绝缘套脱离后,与掩门发生严重摩擦,产生电火花,而当时舱内为纯氧环境,氧气作为助燃剂,使大火迅速蔓延,根本无法控制。

随后,美国NASA也发现,铝在100%的纯氧环境中也会快速像木头一样快速燃烧,这说明纯氧环境非常危险,有可能一个电火花就会导致一场事故的发生。

在出了几次事故之后,在载人航天工程中就逐渐放弃了低压纯氧的方案。

至此之后,太空舱内的空气完全按照地球地表空气进行配比:氮气占78%,氧气占22%。而这种空气配比的方案,也一直沿用至今。宇航员在太空舱内也不用佩戴吸氧面罩,和在地球上一样自由自在地呼吸。

但太空舱内的空气少了地球地表空气含有的稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙)、CO₂、水蒸气和杂质等,太空舱内的空气更加纯净。

在太空中长期在轨驻留的空间站内,会配备多台制氧设备,这些设备都是通过电解水的方式,获得氮气和氧气。

其实在地表上也可以采用这种方式制氧,但是这种方式会耗费大量的电力,但在太空环境中,没有大气层的遮挡,所以光能较为丰富,可以通过舱外的太阳能板储存大量电能,而这些电能就起到了至关重要的作用。

正常的成年人每天呼吸的空气总量大约为1.12万升,吸入时的氧气含量为22%,肺部吸收氧气后呼出的空气含氧量在14%左右,测算后,一名航天员每天大概需要550升氧气,神舟13号三名航天员6个月的时间大约需要30万升氧气。

而电解水制造氧气的话,每升水大约可以制氧620升,一升水相当于两小瓶矿泉水。神舟13号三名航天员出差六个月,至多需要480升水电解制氧。

神舟12号三名航天员在太空出差三个月的时间里,一共使用了270升水,在空间站内,航天员会把日常生活的废水也回收利用,其中就包括航天员的尿液、汗液和呼出的水蒸气,经过消毒、过滤、蒸馏等方法,最终把废水转化为可直饮的水。

然后还会将这些水进行电解,得到日常所需的氧气。在太空之中,航天员也会尽自己最大的能力节约用水。

另外电解水可制造氧气外,还会制造出氢气,氢气也是可燃气体,非常危险,所以必须想办法处理氢气。

航天员会收集呼出的CO₂(二氧化碳)也收集起来,在高温高压条件下用于和氢气发生反应,最终形成甲烷和水(CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O),水可以再次循环利用,而甲烷气体可以排出舱外。

空间站内会用绳带捆绑一个个立方体的包裹,这些包裹存放的就是重要的水,一个包裹内可存放20升水,就是航天员们重要的补水供给。

以后长时间地在轨驻留空间站时,只需要定期用货运航天飞船运送水和食物就可以了。另外空间站内为了应对突发事件,还存有一些备用储氧设备,例如氧气瓶和制氧化学物质,这些配给都是航天员生命安全的重要保障。

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