空间站的氧气哪里来?
实在没办法,那就从尿液中分离,你信吗?
单人每天消耗的氧气量约为550升,我国三名宇航员在太空执行任务,180天所消耗的氧气量高达29.7万升,而空间站距离地球的高度大概是400公里,这里基本处于真空状态,大气都十分稀薄,更别提氧气了。
人类生存的三大要素为食物、水、氧气,没有食物,人类可以光喝水,勉强可以支撑几天,但如果没有氧气,人类十几秒钟后就会失去意识,几分钟内大脑就会彻底死亡,当然少部分人可能支撑的久一点,但憋气极限也就20来分钟,本质上没多大区别。
为什么不直接送压缩氧气上去?
1961年4月12日,加加林乘坐东方一号首次进入外太空,这是载人航天历史上具有重要里程碑意义的第一步,但“逛一圈就回来”太烧钱,所以各国开始提出“空间站计划”。
以国际空间站为例,16个国家在1993年开始建造,90年代末开始投入使用,算算时间,也要约20年,里面是如何保证时时刻刻都有氧气的呢?
有人说,直接运送压缩氧气上去不就完事了吗?
那或许送的不是氧气,而是命了,1967年1月27日,阿波罗1号太空船在测试时,突然发生火灾,几秒后,火势迅速蔓延,14.7秒后,舱内温度就超过了550℃。
里面的宇航员不停在喊“火”、“放我们出去”等之类的话,但是阿波罗的舱门极其复杂,在火势蔓延的情况下,要让宇航员在短时间内开启舱门,几乎不现实,况且飞船内部空间相对独立,火焰燃烧后内外气压不同,外界大气牢牢把舱门“按住”,就这样三名宇航员被活活烧死在舱内。
随后技术人员通过4分55秒打开了舱门,而消防队赶到的时间是9分钟后,所以不管哪种情况,都救不了里面的宇航员。
当技术员打开舱门后,里面的景象瞬间惊呆了众人,只见三人的遗体和宇航服,都熔铸在了一起,分都分不开,因为宇航服中含有大量的尼龙材料,飞船内部也存在大量泡沫和塑料,于是在高温下,就这样熔铸在了一起,场面十分骇人。
后来经过排查,发生此次故障可能是座底下的线路发生了短路,线路的外层是特氟龙材质,内部是铜线,镀了一层银,但是不知道出了什么意外,这条导线的外皮被划开了,而恰巧旁边冷却管破了,里面的乙二醇滴到了电线上,电线短路提供热量,乙二醇和金属发生反应,本来这次意外并不会酿成什么大灾难,基本就是电路火花之类,但不巧的是纯氧环境,氧气是助燃剂,一点火花都能升级成滔天火势。
直接运纯氧上去,存在极大的安全隐患,如果整个过程也出现一丝火花,但岂不是又有可能酿成悲剧?
空间站的氧气从何而来?为什么几十年还没耗尽?
1.货运飞船会定期运送物资到空间站,其中就包括制氧产品
目前我国执行空间站运输物资任务的是天舟二号,长度为10.6米,最大直径为3.35米。
天舟二号可分为货物舱和推进舱,推进舱负责提供动力,货物舱负责运输物资,一般每次天舟二号执行任务,货物重量大概为4.7吨,其中有提前给航天员准备的舱外航天服、任务装备、生活物资、科研物资等等,相比于传统货运飞船的2天耗时,我国天舟二号全程仅需要6个多小时,就能完成运输物资任务。
在众多物资中,就有部分是氧气罐,这些氧气罐送到空间站后,并不会立即使用,而是存放起来以备不时之需。
此外也有很多是高氯酸锂组成的SFOG(固体燃料制氧)罐,点燃后通过化学反应,可以获得氧气。
或者说用氯酸钠和铁粉在点燃后,同样可以生成氧气,这些在航天圈被称为“氧气蜡烛”。
反应方程式:NaClO3 + Fe +点燃 = O2 + NaCl + FeO
2.通过电解水的方式获得氧气
地面国家会通过货运飞船,定期向空间站输送水包,每个水包内有20升水,而一升水通过电解的方式,可以获得620升的氧气。
电解水设备所需的电能,由太阳提供,水被电解后会产生氢气和氧气,其中氢气会留着继续用,氧气则提供给宇航员,供日常呼吸之用。
正常一个成年人每天要消耗550升氧气,而一升水被电解后可产生620升氧气,也就是说,一个20升的水包,可以解决一个宇航员22天的供氧难题。
但是,光从地面源源不断的往空间站运送水包也不现实,毕竟每一次出动货运飞船,成本都很高,所以就奔着节约的目的,从废水中重新提取干净的水。
通俗点讲,宇航员在空间站内所产生的任何液体,都可以被收集起来二次利用,例如汗液、尿液等等,甚至可以是眼泪。
而从宇航员皮肤表层蒸发在空中的水蒸气,也会被空间站的冷凝功能所“捕获”,基本上一个空间内在废水回收方面,效率也高达93%,废水经过多重蒸馏、分离以及过滤等过程后,将被净化成干净可饮用的水继续使用,可以喝,也可以用来电解生成氧气。
再来讲讲电解水过程中产生的氢气,氢气虽然危险,但可以跟宇航员所呼出的二氧化碳结合,得到水跟甲烷。
宇航员在空间站内生活,万变不离其中还是普通人,所以人体也会产生废气,例如硫化氢、氨气等,为了保障空间站内空气的清新度,间站中有一套完善的环境控制与生命保障系统,这些废气会跟其他气体,例如甲烷、二氧化碳等,一同被排出空间站,从而保障宇航员身心舒适。
所以总的来讲,国际空间站虽然投入使用了约20年,但从化学角度出发,氧气并没有多么珍贵,反而很容易被制造出来,再加上循环利用,以及地面的运输,只要一切正常运作,空间站内的氧气是不会耗尽的。
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