今年10月30日,神舟十九号飞船顺利将3名航天员送入太空。接下来,三位航天员预计将在太空中生活180天。
一位航天员每天大概消耗550升氧气,3人在半年的时间里,合计需要近30万升氧气!
可是,如此庞大的氧气究竟从何而来?难道都是从地面"空投"上去的?
在地球上,我们习惯了空气中氧气的存在,甚至感觉不到它的存在。但在太空中,每一口呼吸都是精心设计和计算的结果。
空间站里模拟了地球大气环境,氧含量控制在21%左右,氮气占78%,还有1%的二氧化碳等成分,这让宇航员感受到一种接近地面的熟悉感。
呼吸着"地球味道"的空气,他们能以最佳状态投入工作。
那么,源源不断的氧气是从哪里来的呢?
你可能觉得,直接用货运飞船运送压缩氧气上去不就行了?这个想法看似合理,但实际上却充满危险。
1967年1月27日发生的阿波罗1号事故就是最好的警示。
那天,航天员维吉尔·格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲正在进行地面模拟测试。
舱内的一处电路产生微小火花,在纯氧环境下,这个小火花迅速演变成灾难性火灾。仅仅14.7秒,舱内温度就飙升至550℃以上,三位航天员遇难。
这个惨痛的教训让航天界认识到:在太空环境中储存和使用纯氧是极其危险的。
于是各国开始寻找新的解决方案,最终找到了一个既安全又高效的方法。
电解水制氧,这个方案的原理其实很简单。
空间站的太阳能电池板吸收太阳能转化为电能,然后通过电解水产生氧气。
在太空中,没有云层遮挡,太阳能电池板可以持续、稳定地获取能量。
一升水经过电解可以产生约620升氧气,这意味着一个20升的水包就能解决一名宇航员22天的氧气需求。
但是,往太空运送水依然是个巨大的经济负担。
以目前各国货运飞船的发射成本来看:SpaceX的龙货运飞船每公斤货物发射成本约2940美元,俄罗斯进步号约6000美元,欧洲自动转移飞行器高达14000美元。
即便是成本最低的中国天舟货运飞船,每公斤货物的发射成本也要1400美元。
为了减轻负担,空间站采用了一个令人惊叹的循环系统。
航天员产生的所有液体,包括汗液、尿液等都会被收集起来。
别觉得难以接受,这些废水经过多重蒸馏、分离和过滤后,不仅可以用来制氧,甚至可以安全饮用。
不仅如此,空间站还能回收航天员呼出的气体。
人体呼出的水蒸气会被冷凝系统捕获,二氧化碳则通过特殊的萨巴捷系统与氢气反应,生成水和甲烷。
这样就形成了一个小型的生态循环系统。
空间站的环境控制系统就像一个超级"造氧机",不仅能制造氧气,还能保持空气的新鲜度。它会实时监测舱内温度、湿度、压力,确保氧气浓度维持在理想水平。
这个系统甚至可以捕获航天员皮肤表面蒸发的水汽,通过冷凝装置回收利用。
看似微不足道的水汽,在太空站却是取之不尽、用之不竭的资源。
那么,万一电解水系统出故障怎么办?
为了以防万一,空间站还准备了两套备用系统。一是储备了足够支撑数十天使用的高压氧气罐。
二是装备了被称为"氧气蜡烛"的固体燃料氧气发生器。
当温度达到600摄氏度时,氯酸钠会迅速分解,释放出纯净氧气。每千克混合物可以为6.5人提供一小时的氧气供应。
比如俄罗斯的Vika氧烛和美国的氯酸钠氧烛,它们体积小、重量轻,可以在紧急情况下快速产生氧气。
这套完整的供氧体系让空间站实现了相对的"氧气自由"。
但科学家们并未就此止步。
他们正在研究种植太空植物、培养特殊微生物,甚至直接从未知环境中提取氧气的可能性。
想象一下,未来的太空基地里,可能会有一片绿色的"植物园",不仅为航天员提供氧气,还能种植新鲜蔬菜...无数创新构想,描绘着未来太空家园的蓝图。
随着航天任务的不断深入,人们在太空中停留的时间会越来越长,"天宫"里这种小型生态循环系统无疑会进一步优化升级,也为人类未来登陆火星、建立地外基地积累了宝贵经验。
毫无疑问,中国空间站"天宫"号不仅仅是一个太空实验室,更是中国走向星辰大海的新起点,是向世界展示我们科技创新能力的崭新名片。
而"天宫"里那看不见的氧气循环系统,正如同一条隐形的生命线,不仅牢牢守护着祖国的航天英雄,更昭示着中华儿女不懈探索、勇攀高峰的壮志雄心。
写在最后180天,1650升氧气,看似不可能的任务,在科技的奇迹下变得触手可及。每一次太空任务,都是人类智慧的见证,都在向着星辰大海不断探索。
神舟十九号再次腾空而起,将中国人探索太空的脚步,迈向了一个新的高度。而环境控制与生命保障系统的成功运转,也验证了我们自主创新的实力。
这是中国航天人献给祖国和人民的一份珍贵礼物,更是面向世界的骄傲名片。
我们有理由相信,在不远的将来,中国空间站必将成为国际航天事业的耀眼明珠,吸引着全球科研工作者来此共襄盛举,让中国智慧、中国方案惠及全人类。
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