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空间站中的氧气为何感觉永远用不完到底是从何而来?

时间:2024-03-14 来源:医用液态氧
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  近几个世纪以来,随人类文明的发展和进步,人们在所有的领域取得了突破。1960、70年代,美苏太空竞赛、使太空领域逐渐发展到一定程度。

  幸运的是,经过几十年的奋起直追,中国慢慢的变成了世界上为数不多的航天强国之一。特别是中国天宫计划的启动,也标志着我国终于拥有了自己的空间站,相关的太空研究终于能由中国自己完成。然而,让很多人疑惑的是,在太空巨大的真空环境中,空间站内的氧气似乎永远都不可能耗尽。这些氧气从何而来?

  在理解这样的一个问题之前,我们不妨先了解一下什么是空间站,它的工作原理是什么?其实空间站也叫空间站。与火箭不同的是,空间站可以长期停留在地球外层空间。卫星与人造卫星的不同之处在于,各国宇航员还可以留在空间站休息,进行有关的太空实验。

  现有地外空间站中,国际空间站预计将于2028年退役,而中国的天宫空间站仍在完善中。今年4月,天宫空间站核心舱和一号舱顺利进入预定轨道。能预见的是,在未来很长一段时间内,中国空间站将是地外空间站的主角。

  对于绝大多数人来说,他们其实都知道空间站的具体作用是什么,它对人类发展的意义在哪里。但很少有人知道,早在1869年,一位名叫埃弗里特·黑尔的作家就曾描写过一篇名为《砖砌的月亮》的文章。

  之后,苏联火箭专家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基和赫尔曼·奥博特也提出了空间站的猜想。遗憾的是,在最初的美苏太空竞赛中,由于科技的限制,空间站没有建造成功。直到1971年礼炮一号发射成功,人类历史上第一个空间站才终于出现在世人的眼前。

  就现有空间站的生活功能而言,总是存在着很大的缺陷。除了内部空间狭小密闭外,太空中的高辐射、失重等问题也会对宇航员造成非常大的影响。

  在很多人的想象中,失重的场景似乎很有趣。但事实上,假如没有专业的训练和强大的身心素质,普通人根本活不长。正因如此,如何保障在空间站工作的宇航员的安全,成为各国首要关注的。

  此外,维持生命的基本前提:水、食物和氧气也需要科学家的支持。那么有什么方法会让人觉得空间站里的氧气永远用不完呢?

  其实这样的一个问题的答案很简单。以国际空间站获取氧气的方法为例。宇航员一直以来都是通过电解水来获取氧气的。

  从水的化学式中的H2O我们大家可以知道,水是由氢原子和氧原子组成的。电解后,宇航员可以轻松获得氢气和氧气。获得这两种完全不同的气体后,氢气将作为废气排出,而氧气则供宇航员用于呼吸等用途。

  不仅如此,在电解水的时候,电力完全由太阳能电池板提供。在这样的情况下,空间站完全处于无消耗状态。只要用水充足,氧气自然就不会用完。

  需要注意的是,在很多人的想象中,周围的水所含的氧气量并不多。但实际上,如果将一升水完全电解,最终能够得到约620升氧气。以普通人每天呼吸消耗的氧气来计算,每天会消耗550升左右。

  就是说只要电解一升水就能够保证宇航员每天的氧气需求。但在那之后,还是会有人说质疑。一升水的量在地球上可能不算得上什么,但在空间站里,绝对少了一点。宇航员真的能撑那么久?

  经过几十年的发展,科学家们已经想到了两种解决方案。一是定期为空间站补充资源,二是利用先进的回收系统,无限延长太空中各种资源的使用范围。

  以国际空间站为例。事实上,在各种运载火箭航天器的帮助下,运载着大量物资进入太空,与国际空间站对接。对接后,这些材料可以让宇航员再次坚持很长时间。

  当然,补材料的时间也有一定的要求。当空间站内物资下降到某些特定的程度时,地面火箭必须开始准备提供物资支援。像俄罗斯的货运飞船和美国的私人货运飞船,因为粮食原因,无法通过这一种方式运送。第二批救援物资抵达。

  另外,根据以往的物资运送数据,每一次补给就从另一方面代表着空间站可以彻底焕发新生。

  举个简单的例子,当时俄罗斯联邦航天局向空间站运送物资时,的重量达到了2300多公斤。对于空间站上的几名宇航员来说,这些材料还可以一直存在到他们达成目标返回地球为止。

  经过定期补给,空间站内极其先进的回收系统也是宇航员维持生命的重要保障。在循环系统中,最广为人知的技术方法就是将废水进行循环利用,经过循环过滤系统后,成为人类可以再次利用的水资源。宇航员在太空使用的洗漱水、尿液等,都会收集在专门的仪器里。经过尿液处理组件、水处理组件、氧气再生组件等仪器处理后,返回给宇航员。

  也正因如此,在不断循环的过程中,除了用于制氧的水无可奈何的消耗之外,其他的水资源都可以源源不断的使用。在这样的情况下,在地面补充资源的时候,只需要补充用来生产氧气的水资源,就能在空间站源源不断地产生氧气,永远都不可能用完。

  值得一提的是,不仅在空间站,在现代核潜艇上,科学家们也在尝试同样的水资源和制氧方法。对于生活在两台不同机器上的人来说,所面临的环境和身心压力其实是一样的。在这样的情况下,如何保证外部环境的稳定,成为宇航员和潜艇作战人员身心健康的重要保障。

  当然,从目前的科学技术手段来看,人类在改造循环系统和供给方式方面还有很大的提升空间。或许在不久的将来,当地球和空间站能够建立更稳定的联系时,人们就再也用不着担心空间站会出现什么意外了。

  到那个时候,也许只需要一架航天飞机,人们就可以像我们日常生活中的快递一样,运送宇航员需要的各种物资。这样的场景虽然遥远,但绝对值得期待。

  了解了相关运行模式后,可能有人会问,为啥不直接把液氧送上太空呢?一瓶氧气罐提供的氧气比电解水提供的氧气更直接。相应的资源节省下来之后,科学家们难道就没有精力去解决别的问题了吗?

  单从idea来看,这个idea并没有错。毕竟,我们的最终目标是为宇航员提供充足的氧气。很可惜,液态氧的特性注定无法为居住在空间站的宇航员提供任何帮助,甚至有可能对空间站宇航员的生命安全导致非常严重威胁。你要知道液氧虽然常常会出现在航天工业中,但它的功能完全是一种重要的氧化剂。它通常与液氢一起使用或根本不使用。提供氧气。

  另外,在空间站使用液氧还有以下危害。首先,助燃性强,有爆炸危险。就助燃性而言,液氧一旦不慎泄漏,与其他燃料接触,最终会引发大火。在空间站,扑灭这种规模的火灾远比常人想象的要困难。在爆炸危险性方面,凡是可燃物质,无论是气体、液体还是固体,只要与液氧混合,都有很大的爆炸可能性。爆炸的原因很可能来自于静电、机械冲击、电火花等不起眼的东西。一旦操作失误,最终会给宇航员带来致命的打击。

  更重要的是,由于液态氧的浓度极高,宇航员不可能有任何机会使用它。一旦空间站发生液氧泄漏,即使没发生爆炸或火灾,宇航员也可能面临氧气中毒的风险。

  其实大家不用太担心空间站里的氧气。除了电解水获得氧气,科学家还在空间站准备了一些加压氧气罐和固体燃料制氧机。在这两种方式的保护下,宇航员很少会面临缺氧的情况。

  其实只要了解了宇航员的工作场景和基本工作方式,大家就应该向宇航员致以最崇高的敬意。试想,即使在一般的情况下,如果让一个人在密闭空间工作一段时间,也没有几个人能坚持过去。

  在探索太空的过程中,总是需要一个愿意站出来积极贡献的人。对于未知的太空领域,总要有人去探索。甚至在此之前,科学家们已经竭尽全力确保宇航员的安全,但谁能保证在未知领域消除所有危险呢?就目前而言,纵然我们已完成了登月的太空目标,成功建立了空间站,但还有很多技术难题等待我们去突破。可见,人类太空探索之路任重而道远。

  但同时,我们也应该对人类航天的发展充满信心。短短几十年,人类发展到今天的地步。那么,经过同样的时间,人类的科技成就或许会达到我们今天很难来想象的高度。太空的奥秘也将一点一点地向人类揭开。


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