空间站里的氧气从哪来?

因为空间站上有制氧设备,可以用电解水制取氧气,通过收集呼出的二氧化碳与氢气发生化学反应制取水,能源来自太阳能电池板。如果制取的氧气不够时,还可以使用备用的压缩气瓶和固体燃料氧气发生器(SFOG)获取氧气。

国际空间站是美国航天局(NASA)、俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)、欧空局(ESA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和加拿大空间局(CSA)共同运营的一个空间站,从1998年建成以来,已经运行了超过20年,而且还计划运行至2028年。截至2020年11月,共有19个国家的242名宇航员和太空游客访问过国际空间站。

国际空间站作为航天史上最成熟的空间站,拥有多项开创性的技术,比如强大的环境控制与生命保障系统(ECLSS),可以提供宇航员生存所需的空气和水,并可以维持合适的舱内温度与压力,还可以收集和处理产生的废物。

国际空间站上的正常气压为101.3千帕,和地球上海平面气压相当,空气成分79%是氮气,21%是氧气,也和地球上类似。让空间站维持与地球相似的气压和空气成分可以让宇航员更舒适,而且比纯氧安全得多,SL和美国在早期的航天器里灌入的是纯氧,结果都出现了火灾致使舱内航天员/宇航员遇难的情况。

▲Elektron电解氧发生器。

国际空间站“星辰号”服务舱(Zvezda)里的Elektron和“宁静号”节点舱(Tranquillity)里的OGS制氧系统都是利用电解水制取氧气的模板。

▲初中化学里就学过电解水产生氧气和氢气的原理。

▲Sabatier系统可以将电解水产生的氢气与二氧化碳转化为水和甲烷。

▲欧空局研发的先进闭环系统(ACLS)。

2018年9月欧空局研发的先进闭环系统(ACLS)搭乘“白鹳7号”飞船抵达国际空间站,安装在命运号实验舱(Destiny module)。它收集宇航员呼出的二氧化碳,并在Sabatier反应器中进行处理,生成水和甲烷。再用电解将水再分解成氧气,而甲烷则被排入太空。它所处理的二氧化碳有50%可以转化为氧气,另外50%的二氧化碳与产生的甲烷一起从国际空间站中排出。

2019年5月一种藻类驱动的“光生物反应器”搭乘SpaceX飞船抵达空间站,这个“光生物反应器”能与ACLS协同工作,利用剩余的二氧化碳来产生氧气。

如果上面这些制氧设备全部“罢工”,还可以使用备用的压缩气瓶和固体燃料氧气发生器(SFOG)获取氧气。

人体新陈代谢的其他副产品,如肠中的甲烷和汗液中的氨,都是通过活性炭过滤器去除的。

我国空间站也有类似的制氧设备,载人航天总设计师周建平院士介绍过,天宫空间站使用的电解制氧系统可以利用循环水制取氧气,在空间站舱内收集排出的二氧化碳,和电解水产生的氢气反应,也可以制取大量氧气。所需的电能来自太阳能电池板,光电转化效率能达到30%以上,供电能力

 

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