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空間站的氧氣從何而來,總不會是從地球運過去的吧?那可太貴了

 無上科學(xué)信仰 2022-01-18

如果說這個世界上有什么是人生存所必須卻又不要錢的,那一定就是氧氣了。

在地球表面,氧氣隨處都是,再加上它無色無味,所以我們經(jīng)常忽視了它的存在。而就是這不被我們所重視的氧氣,在太空中卻是極難尋得,太空是近乎于真空的,在那里不僅沒有可供人類呼吸的氧氣,也沒有任何其它氣體。既然如此,一刻也不能停止呼吸的人類又是如何在太空安家的呢?空間站已經(jīng)運行了幾十年,為什么其中的氧氣還沒有耗盡呢?真空環(huán)境對于人來說是十分危險的,這不僅是因為在真空環(huán)境下無法呼吸,還因為在真空環(huán)境下,人的血液可能會沸騰蒸發(fā)。為什么呢?因為液體的沸點與周圍的氣壓密切相關(guān)。

在絕對真空的環(huán)境下,水的沸點接近于0℃,雖然太空并不是絕對真空的,但水的沸點也不會超過10℃,所以人體暴露于真空環(huán)境之下會發(fā)生什么就顯而易見了。

所以人類要想前往太空,首先要解決的一個問題就是空氣。要前往太空就必須要使用化學(xué)動力火箭,而化學(xué)動力火箭的有效載荷是非常有限的,任何一點重量的增加都會導(dǎo)致發(fā)射成本的大幅提升,所以最早的航天探測器攜帶的都是純氧。地球表面的空氣是由多種氣體所組成的,其中有氮氣、氬氣、二氧化碳以及水蒸氣等等,而人呼吸所需要的只是氧氣,所以出于節(jié)約運輸空間和減少運輸重量的目的,航天器就都成為了低壓純氧環(huán)境。

純氧環(huán)境是十分危險的,所以事故也就如期而至,在20世紀(jì)60年代,美國和蘇聯(lián)都曾經(jīng)先后出現(xiàn)過純氧測試艙著火的事故,并有數(shù)名宇航員因此而犧牲,所以之后只得降低了氧氣的比例。

在后來的國際空間站中,空氣的組成成分已經(jīng)和地球表面差不多了。那么問題來了,氧氣的比例降低之后,所占用的空間和重量就大幅增加了,難道國際空間站中的空氣都是從地球運上來的嗎?當(dāng)然不是,如果是這樣那可就太貴了。平均來講,向太空中運送一公斤的物資大概需要5萬美元的成本,而一個人每天所需的氧氣約為600升,而宇航員在空間站中一住就是幾個月,靠運輸送氧,那成本可太高了。

事實上空間站中的氧氣主要是依靠電解水來提供的。

電解水是個非常簡單的化學(xué)反應(yīng),只需要用到電和水,而電可以通過空間站上的太陽能電池板提供。電解水制造氧氣的效率是非常高的,1升水在電解之后就可以得到超過600升的氧氣,也就是說1升水就可以滿足一個人一天的氧氣需求。那么問題來了,電解水所需要的從何而來呢?水是可以循環(huán)利用的。電解水除了能夠生成氧氣以外,還能夠生成氫氣,而人呼吸會產(chǎn)生二氧化碳,將氫氣與二氧化碳相結(jié)合就能夠再次還原為水和甲烷。

在空間站中,水的消耗是非常少的,因為不僅是電解水的過程,其它方面的用水,甚至是飲用水都是能夠循環(huán)利用的。

喝進(jìn)去的水還能夠循環(huán)利用?是的。一位美國宇航員曾經(jīng)說過一句名言,至今仍在宇航員中廣泛流傳,這句話是:“今天的咖啡就是明天的咖啡”。在空間站中由于水資源極其寶貴,所以即便是尿液,也會經(jīng)過強(qiáng)大的過濾系統(tǒng)還原為可以繼續(xù)飲用的水。不過雖然空間站中的空氣循環(huán)系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)都極其強(qiáng)大,但也不能夠做到百分之一百循環(huán)利用,所以偶爾還是需要補(bǔ)給飛船來運送一些氧氣和水源的,當(dāng)然還有空間站中不能自給自足的食物。

宇航員也不會永遠(yuǎn)呆在空間站里,有時候他們需要出艙執(zhí)行任務(wù),而太空出艙與潛水是不同的。

潛水時只需要一個氧氣瓶來提供呼吸所需的氧氣,但是太空出艙不僅需要用于呼吸的氧氣,還需要充入氧氣給宇航服內(nèi)加壓,因為人體是不能暴露于真空之中的。那么為什么宇航服內(nèi)充入的是氧氣,而不是空氣了呢?因為低壓純氧環(huán)境是目前宇航服內(nèi)的最理想環(huán)境。宇航員出艙是要執(zhí)行任務(wù)的,而太空是近乎于真空的,如果宇航服內(nèi)的壓力過高,就會導(dǎo)致宇航服過度膨脹,這樣一來宇航員就變成了個氣球人,無法自由活動了。而且宇航服內(nèi)的環(huán)境不像空間站里那樣復(fù)雜,所以不會因純氧環(huán)境而造成危險。

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