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为什么宇航员可以长期呆在国际空间站?氧气是怎么来的?

2020/7/4 16:21:10 来源:原创 浏览:

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。


国际空间站在外太空给宇航员提供了能够长期生存的环境,通常情况下,每个进入国际空间站的宇航员都可以在这里呆上数月的时间,相信大家一定会比较好奇为什么宇航员可以长期呆在国际空间站,下面我们就来了解一下。

想要长期维持一个适合人类生存的环境,食物、氧气以及可饮用的水是最基本的物质保障,其中食物和水都还好,但氧气的储存和运输却比较困难,并且大量地储存纯氧还有一定的风险,因此如果国际空间站的氧气只是依靠地面的供给就会是一件很困难的事情。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成生大约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。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见`

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看看网友怎么说

伴书郎:转发了

凌源:我…

用户72791587668:中国的天宫和人家美国的国际空间站还有多大的差距呀?

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