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国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

1、国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

航天员要想在空间站中长期生存,至少需要三样东西:食物、氧气和水。食物和水还好说,定期由地面发射上去的货运飞船进行补给,氧气就比较麻烦了。航天员无时不刻不在呼吸,需要的氧气量特别大,全部依靠地面进行补给根本不现实。

空间站中是否充满了氧气

我们首先要了解一个事实,航天员在空间站中是怎么呼吸的,需不需要带着氧气罩?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

中国空间站

空间站内部的环境和外部的太空环境是相互隔绝的,而且是100%全封闭隔绝,不能有一丁点儿缝隙。上个世纪六十年代,人类刚刚上天时,载人探测器里面的空气环境是纯氧环境,里面除了氧气什么都没有。

航天员在纯氧环境中呼吸,不需要带着氧气罩,但是却发生了两起致命的悲剧性事件。1961年,前苏联宇航员瓦连京·瓦西里耶维奇·邦达连科在地面进行耐低压模拟训练时发生了意外,被重度烧伤,最后不治身亡。1967年,美国阿波罗1号的三位宇航员在地面测试纯氧舱时,也因为火灾而意外身亡。

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行星

这两起事故的罪魁祸首都是纯氧环境。从此以后人类就放弃了低压纯氧舱方案,改用与地面空气成分接近的方案,即氧气占22%,氮气占78%。这种空间站中的空气环境方案一直沿用至今。

在这种空间站环境中,航天员也不需要带着氧气罩,就跟在地面上正常呼吸一样。所不同的是,空间站中的空气成分少了稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡),二氧化碳和其他物质(如水蒸气、杂质等),理论上来说更加纯净了。

空间站中的氧气从何而来

既然空间站中的氧气占比22%,航天员又在时时刻刻地消耗着氧气,那么空间站中的氧气到底从何而来呢?

  • 氧气生成系统

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

电解水制氧

无论是国际空间站还是中国空间站,里面都有一套甚至多套制取氧气的设备,叫做氧气生成系统。利用这套设备,空间站就能够为多名航天员提供源源不断的氧气。

氧气生成系统的原理很简单,就是利用电能分解水,然后产生氧气和氢气,其中的氧气供应航天员呼吸。制氧所需的电能通过太阳能电池板获得。

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空间站中的氧气罐

那么空间站每天需要制取多少升氧气,制氧又需要消耗多少升水呢?

航天员每天需要呼吸的空气量大约是1.1万升,呼入时氧气含量是22%,呼出时剩余的氧气含量是15%左右。简单换算一下,航天员每天大概需要550升的氧气。

通过氧气生成系统制取氧气,每一升水能够制取620升的氧气。这样的话,每天消耗不到一升水制取氧气,就足够一名航天员呼吸用了。具体到通过神舟十二号发射上天的聂海胜、刘伯明和汤洪波身上,中国空间站在他们停留的三个月时间里,只需要消耗不到270升的水来制取氧气,就够他们三个人呼吸用了。

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太空马桶集成了废水收集系统

而制取氧气用的水从哪里来呢?主要来自地面的补给,也有一部分来自空间站收集的各种废水,甚至包括航天员的尿液(会经过消毒杀菌处理)。

  • 地面补给

氧气生成系统是空间站氧气的主要来源,但绝不是唯一的来源。万一这套系统哪天出现故障了,没有了替代方案,后果将不堪设想。2020年10月份,国际空间站俄罗斯舱段的氧气生成系统就瘫痪了三次。

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龙飞船为国际空间站运送补给

空间站中的另外一种氧气来源就是地面补给。国际空间站每隔一段时间就会收到来自地面的物资补给,这其中就包括氧气。空间站里面通常都会存放多个氧气罐,里面存储着大量的氧气以防意外情况发生。

航天员出舱需要携带氧气罐吗

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中国空间站航天员出舱

在进驻中国空间站17天后,神舟十二号飞船的航天员进行了中国空间站首次出舱活动。航天员刘伯明、汤洪波身着“飞天”舱外航天服,先后从天和核心舱节点舱成功出舱,并且完成了在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作任务。

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中国空间站航天员首次出舱活动

那么我们为什么没有看到刘伯明和汤洪波携带的氧气罐呢?

实际上,刘伯明和汤洪波每个人都携带了供呼吸用的氧气罐,不过氧气罐被集成到了“飞天”舱外航天服上了。

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“飞天”舱外航天服

我国自主研制的这套新一代出舱服造价约3000万元人民币,重约120公斤,可供航天员在舱外连续工作6到8小时。

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造价3000万的出舱服

“飞天”舱外航天服采用闭式循环非再生式环控生保系统,在它的背部装有一套专门提供氧气等维持生命所需各种条件的便携式生命保障系统。这套便携式生命保障系统里面,就装有一个高压氧气瓶,使用40千帕纯氧压力制度为航天员供氧。

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空间站上的氧气一方面靠地面供应,另一方面靠电解水循环使用,空间站上有完整的生命保障体系。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

离开空气,人也许只能存活两三分钟,我们在地面每时每刻都在呼吸,但在距离地面400千米的太空上,是没有空气的。

空气的作用不仅仅是提供氧气让人类呼吸,空气的成分以及压强问题也至关重要。

在真空环境中,水的沸点接近0℃,这就意味着人类在真空环境中,身体上的水分会瞬间沸腾起来,水分蒸发殆尽之后,人体很快就会变成一具干尸。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

空间站则是创造了一个跟地面类似的环境,提供充足的食物、水源以及氧气,才得以让宇航员在距离地面400千米的地方,执行太空任务。

国际空间站是16个国家通力合作,花费1600亿美元才建立起来的,这个比足球场还大的空间站,是靠一次又一次的火箭运输,才将零部件运送到太空中,最后拼接起来。

那么在上面生活的宇航员,所需的生活物资也需要一次又一次的运送上去,但是水源和氧气仅仅靠着从地面运送,需要花费巨大的成本,这显然是不现实的。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

那么空间站上的氧气,究竟是从何而来,为何十几年还没有耗尽?

1、早期载人航天探测器采用的是低压纯氧的环境

现在的国际空间站上的空气跟地球大气层里的是一样的,氧气的占比在22%左右,氮气占比将近78%。但在以前,早期的载人探测器采用的是纯氧环境。

因为发射探测器到太空,重量越小越好发射,采用纯氧可以尽量少携带空气上太空,探测器内部是个低压环境。

但是后来发生了几次事故,让科学家们意识到,低压纯氧并不是好的选择。1961年,苏联最小的宇航员瓦连京邦达连科,在纯氧舱测试时被活活烧死,当时他只有23岁。

1967年,阿波罗1号的三位宇航员,在地面测试纯氧舱时,也因为突发火灾而牺牲。纯氧低压舱的方案很快便被放弃了。

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到了1973年时,天空实验室采用75%氧气和25%氮气的低压环境,但也不是最好的方案。

直到后来的国际空间站,才采用跟地球大气一样比例的空气,无论是氧气含量还是舱内压力,都跟地面上接近。这

才让宇航员最大限度的适应了空间站上的生活,因为他们执行任务的时间,长达数月之久,低压环境很难长时间生存。

当然了,空间站能够采用22%氧气占比的空气,也跟科学技术的进步有关,因为含氧量较低的空气,不可能仅仅靠地面运输来维持。

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2、空间站上的氧气靠电解水来提供,并且可以循环利用

国际空间站上的太阳能电池板,为整个空间站的运行提供电力资源,将水电解成氧气和氢气并不太难。

电解水有一个好处,就是很少量的水,可以电解生成很多氧气,1升水完全电解之后,可以生成620升氧气,而一名宇航员一天所需的氧气,大约为550升。也就是说一升水电解之后的氧气,完全后一名宇航员使用一整天。

水电解生成氧气和氢气,氧气供宇航员呼吸,氢气也没有浪费,而是收集起来,借助催化剂,在一个叫作萨巴捷反应器的装置中,与宇航员们呼吸产生的二氧化碳发生化学反应,产生水,只留下甲烷作为废物。

只要空间站有足够多的水,氧气完全不成问题,因此水的合理利用显得至关重要。空间站上的水资源利用率也非常高,几乎所有的废水都会重新利用,包括宇航员小便产生的尿液,都会收集起来,净化之后重新使用。

因此,空间站上的氧气主要来自水资源,通过电解水的方式产生氧气。产生的氢气又可以和二氧化碳生成水,氧气和水就是这样循环使用,只要有水,就有源源不断的氧气供应。

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3、补给飞船为空间站运送氧气

以目前的技术,国际空间站上的水资源和氧气,都无法做到100%重新利用,循环使用过程中总是有一些损耗。

因此空间站需要地面补给物资,每隔一段时间补给飞船就会运送食物、水源以及氧气等物资到空间站。

一种方式是直接运送加压氧气罐到空间站,另一种方式则是运送固体燃料氧气发生器,利用固体粉末的化学反应来制造氧气。目前比较常见的是使用氯酸钠和铁的固体粉末混合物,点燃后会生成氧气。

所以说,地面补给是空间站氧气来源不可或缺的一种方式。

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4、宇航员太空行走时,宇航服内必须是低压纯氧的环境

前面我们介绍的是,宇航员在空间站的生活环境,空气比例跟在地面上差不多。但如果宇航员出舱执行任务,宇航服内必须采用低压纯氧的环境。

宇航员在执行出舱任务时,将宇航服内灌入纯氧,但不能灌入太多,因为宇航服必须要保证低压环境。

输入纯氧很好理解,可以尽可能多的为宇航员提供氧气。其实保持低压是为了宇航员方便执行任务,因为空间站外是个真空环境,宇航服内如果压力过高,那么衣服会鼓起来,而且宇航员很难活动,这个执行任务带来不便。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

5、结语

我们生活在地面上,习惯了呼吸免费的空气,忽略空气的重要性,甚至感受不到空气的存在。

但在距离地面400千米的空间站上,空气是非常宝贵的,空间站必须源源不断的产生新鲜空气,才能保证宇航员的生存。

其实空间站上有一整套保证宇航员生命的系统,这个系统可以让水资源和空气循环使用,可以过滤掉水哥空气中的杂质和有毒物质。

但是不管怎样,在空间站上工作生活,都不一件容易的事,宇航员们在失重的环境中,在密闭狭小的空间里,执行长达半年之久的太空任务,对他们的身体和心理,都是极大的挑战。

2021年6月17日,神舟十二号搭载三位航天英雄,成功登陆中国自己的空间站,标志着中国航空史新的阶段。

我们的天宫空间站相比国际空间站,在很多方面有所改进,宇航员们的太空生活会更加舒适!

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

最后向所有的宇航员们致敬,是他们冒着生命危险,牺牲自己的身体健康,为人类探索太空做出巨大贡献!

预祝我国的三位航天英雄,能够圆满完成太空任务,凯旋归来!

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

其实宇航员在空间站呼吸的氧气,跟尿液还有一定的关系,想不到吧,看完不得不佩服科技人员的智慧!

我们人体所需的能量其实是来源于糖类的有机分解,在人体新陈代谢的过程中,氧气起到了至关重要的作用,是生命的必须体,一个人无论你处于何种状态,何种环境,都离不开对氧气的消耗,包括宇航员也是如此

外太空距离地球大约370千米,那是一个真空的环境,没有人类所需的氧气,但是宇航员在空间站的每分每秒,肺部都在呼吸,心脏也在跳动,如果是短期逗留,还可以从地面带着氧气上去,要是长期在太空工作和生活,就需要源源不断的氧气,那这些氧气又从何而来呢?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

什么是国际空间站

既然你提到这个问题,我们首先来了解一下,到底什么是国际空间站,宇航员为什么可以长期在上面生活呢?

目前在轨运行最大的空间平台就是国际空间站了,人类可以在地球轨道的空间站长期工作和生活,还能够在微重力的环境下提供各种科研实验,从1998年开始建设,耗费十年时间,才完成的建造任务并投入使用,这也是涉及国家最多的空间国际合作事务了

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

参与国际空间站建设的国家有16个:美国,俄罗斯,比利时,巴西,加拿大,丹麦,日本,法国,挪威,德国,意大利,瑞典,瑞士,英国,荷兰,西班牙

空间站的建设复杂而艰难,国际空间站是很大的,长就达到了108米,宽88米,轨道的高度为397千米,载人舱的大气压跟地球表面也是相同的

国际空间站的设备都是从地球一点一点运送到太空拼接起来的,总质量大约达到了420吨,太阳能电池阵列长度73米,8个太阳能电池能够提供75至90千瓦的发电功率,加压体积为916立方米,可居住的体积达到了388立方米

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

大约可以容纳6-7人,甚至可以在上面居住1年,那么长期居住在真空的环境下,又如何提供氧气呢?不可能一直让地面人员运送吧!那样会增加风险和成本!

人体每天的耗氧量

我们普通人在休息的时候,每分钟大约需要呼吸7到8升的空气,那么一天下来,呼吸的空气总量就达到了1.1万升

呼入时氧气占了空气总量的20%,呼出的空气又有15%的氧气,换算下来人体每次呼吸就会消耗掉空气中5%的氧气,而且还会转换成二氧化碳,一个人一天下来,大约需要消耗掉0.5立方米的氧气,约等于550升

休息时人体的耗氧量就会减少,因为新陈代谢率降低了

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

国际空间站的氧气首先可以从地面携带,长期运送成本又太大

国际空间站处于一个真空的环境,上面是没有氧气的,所以刚开始肯定是会从地球携带氧气上去的,但是不能长期如此,只能短暂解决

可以用补给物资的飞行器,给空间站运送氧气,每次航天飞机升空的时候都是有任务的,需要把航空物资运送到太空,其中就有很多液态氧气,这些液氧可以升华出很多氧气来的

宇航员还可以通过无人宇宙飞船来获取物资的补给,比如俄罗斯的进步号就是无人货运宇宙飞船,它会定期向空间站运送物资,包括食品,货物,燃料,设备仪器等

空间站的物资总有消耗完的一天,所以时间差不多了,就会把航天员所需的生活用品,包括氧气罐,还有固体燃料氧气可以提取氧气给宇航员使用,水也是可以电解出氧的,多运送些水不就好了吗?这根本不现实,成本太高了,但是科学家想到了更好的解决办法

而且氧气运送也是比较困难的,氧气提纯也存在危险性,大量囤积纯氧到空间站也是有很高的风险

最有效的办法就是电解水,虽然水资源稀缺,但是可以回收再利用

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

空间站的工作人员,之所以能够源源不断的获取氧气,最根本的办法就是通过电解水来提取氧气,宇航员消耗最多的就是氧气了,甚至比食物还要多

小学时候通过课本我们就知道,植物吸收二氧化碳,通过了光合作用就能释放出氧气,但是你要知道太空是根本没有植物的,想要呼吸氧气,就得通过水来电解

我们也无需担心空间站上有没有电能的提供,因为太阳能电池板就能解决,通过太阳能发电,就能把水分解成氢气和氧气,初中化学就知道水是H2O,它含有氢气和氧气

但是有的人会说太空中的水资源是非常珍贵的,人喝都不够,哪还有这么多来电解,科学家早就想到了,他们发明了一套通用废物管理系统,也就是俗称的太空马桶

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

这一套设备可就厉害了,他可以把废物回收再利用,甚至还可以回收大便中的水分,通过回收的尿液,经过处理后完全可以饮用

宇航员会把空间站,所有能够回收的液体进行收集,然后采用这套净化设备提出水分,水得到了循环再利用,然后就可以电解氧气了,一升水就能电解出620升的氧气,宇航员每天大概消耗550升,完全可以保障他们自由自在的呼吸

总结:所以宇航员能够在空间站长期的工作,还能源源不断的获取氧气,最有效的办法就是水资源回收再利用,然后通过电解把氧气分解出来,这样就可以保障空间站有足够的氧气了,光靠补给是不能维持空间站的正常运转的,循环利用就是最佳的解决方式

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

空间站这一套再利用回收系统,每天都会把宇航员的尿液,汗液和废水进行回收处理,在太空生活氧气和水都是最重要的,化学方程式表明,水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的,通过电解就能把氧分子分解出来了,但是剩下的氢原子怎么办呢?专家想到把氢原子和宇航员呼出的二氧化碳再次组合,又可以得到水和甲烷,水可以用于补给,甲烷则成为了废物,排到了空间站之外

还有开头提到的氧气的获取跟尿液也有一定的关系,因为尿液中含有大约95%的水分,所以尿液回收出来的水分占比很高,就可以电解成氧了,看完这一切真是佩服科研人员的智慧,为人类做出了重大的贡献,同时祝愿我国神州十二号的三位航天英雄圆满归来!

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

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。

——END——

国际空间站到底是一个什么样的世界?宇航员在里面的生活是怎么样的呢?

首先,我们可以肯定的是国际空间站里宇航员生存所需要的物质、水、氧气,食物应有尽有。水和物质可以从地面运输过去,然而氧气就难以源源不断地从地球输送到空间站。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

“快,快着火了”一位宇航员在纯氧舱训练的时候,突然舱里燃起了熊熊大火,年仅23岁的苏联太空宇航员邦达连科被大火重重包围,十个小时后抢救无效死亡。

这是发生在1963年,人类航天史上第一起残酷的航天事故,当时宇航员测试的就是如何适应空间站的生活,纯氧舱里充满了低压的氧气,没有其它气体。

从1971年苏联第一个在太空建立空间站到现在,人类探索太空的步伐已经走了40多年。

空间站里宇航员赖以生存的氧气怎么解决?

我们都知道地球的大气层里,存在着大量的氧气,氧气的含量,随着高度的增加而下降,高度越高,氧气的含量越少,相反高度越低,氧的含量就越多。

空间站建立在在距离地球表面300多千米的太空,那里是一个没有气体的世界,氧气自然也不见踪迹。

那么,地球上的氧气是怎么来的?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

地球上的氧气主要来自于植物的光合作用。

绿色的植物叶子中含有叶绿素,叶子在阳光的照射下,能够吸收空气中的二氧化碳,利用身体根部输送而来的水,转变成淀粉等有机物,在这个过程中释放出氧气。

地球上大部分的氧气是来自于植物的光合作用,氧气大约占空气含量的21%。

地球早期没有植物,可大气层中也有少量的氧气存在,这些氧气是来自于二氧化碳与低能量电子发生的两种解离反应。

我们知道二氧化碳分子中含有一个碳原子,两个氧原子,地球早期大气层中的二氧化碳分子通过捕获大气中的电子来产生碳原子负离子或者氧原子、氧分子,这些氧原子可以结合变成氧分子,即氧气。

不过用这种方法产生的氧气的含量很少,当地球上出现甲烷菌和蓝细菌的时候,地球上的氧气含量才逐渐增加。

这些蓝细菌就像一台吸收器,把太阳能吸收之后,利用二氧化碳和水,生成了氧气和有机物。这个过程跟植物的光合作用十分相似。

总的来说,植物就像氧气的制造工厂,有了绿色的植物,氧气才能源源不断产生。可是国际空间站里十分狭窄,宇航员的生活、作息都有些拥挤,是不可能种上绿色的植物的。

在那样的真空里,细菌也很难生存,所以想利用细菌的光合作用来产生氧气是徒劳的。

而且空间站建立在飘渺遥远的太空中,通过地面源源不断输送氧气瓶或者氧气袋也很不现实。

然而太空站从建立到现在已经使用了几十年的时间,一代又一代的宇航员在上面生活、做实验,他们需要的氧气到底是从哪里来的呢?

除了植物的光合作用,是否还有其他途径的氧气生产方式呢?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

电解水产生氧气

在没有植物的情况下要产生氧气,只能依靠水。水是生命之源,读过化学的朋友就知道水是由两个氢原子和一个氧原子组成的。

在电的作用下,水分子会产生分离,把氢原子和氧原子分开,之后氢原子和氧原子又重新组合成氢气和氧气。

电解水来产生氧气,是太空站里氧气的主要来源,电解过程中需要的电能来自于太阳能的转化,产生的氧气能够满足宇航员生活生存的需要。

而产生的废物氢气,则可以成为燃料,为太空站中的宇航员提供能量。可以说这是相当便捷和便宜的产氧方式。

一升的水,通过电解之后可以产生620升氧气。一个成年人每天消耗的氧气大约为550升,按照这样的方式推算,太空站中的宇航员,每天只需要电解几升的水就可以满足几个人的生存需要。

所以,只要有水就可以制造氧气,不过太空可不像地球那样,到处都有水资源。如何解决这个问题呢?

要解决这个问题不是很难,每隔一段时间,地球都会向太空站输送一定的物资,这里面除了食物,还有水。水的量不会很多,在太空里水是十分珍贵的资源,是需要循环利用的。

比如宇航员会把洗脸、洗澡、尿尿产生的液体进行回收、净化,人体散热或呼吸所带出来的水蒸气散发在空气里,也能通过冷凝的方式把水蒸气收集起来利用。

这样既节约了能源,也减少了太空站的空气污染,这样也能保证产生源源不断的氧气。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

从地球上带氧气罐

只是电解水是需要一定的设备的,如果宇航员没有其他氧气来源的话,仅仅依靠电解水,当设备损坏的时候,他们的生存就受到很大的威胁。

你想人在太空之中,如果设备损坏了,没有人能够及时帮忙修理更换,宇航员的生存将得不到保障。2020年的十月份,俄罗斯的国际空间站中的氧气生成系统就损坏了好几次,那时宇航员怎么办呢?

其实,这些科研人员早就想到了,在宇航员进入空间站的时候,都会带上一些加压氧气罐,之后每隔一段时间,地球就会向空间上输送一些物资补给,这些物质里边就包括了一些氧气罐,里面贮存着大量的氧气,以防意外之需。

地面补给是空间站储备氧气的一种主要方式。还有另外一种制氧的方式,就是采用固体燃料进行化学反应来产生氧气。

这种固体燃料氧气发生器主要利用氯酸钠和铁的粉末进行混合,点燃这些混合物,两者发生反应之后就可以生成氧气。

从这几种氧气来源方式中可以看出,宇航员所处的环境除了氧气,似乎就没有别的气体了。

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空间站里的气体成分是纯氧吗?这样是否更有利于宇航员的生活和工作呢?

其实纯氧的气体对宇航员来说存在一定的危险。早期载人探测器里面确实是纯氧的环境,因为制造氧气需要一定的设备,这些设备有一定的重量,在发射的时候重量越轻,发射越顺利。

所以,早期的探测器里是一个低压的纯氧环境。可是后来发生了几起事故之后,科学家意识到低压纯氧的环境会威胁宇航员的生存。

文章开头所举的那位宇航员,就是在纯氧舱进行测试的时候发生了意外,而被活活烧死的。

无独有偶。1976年,美国阿波罗一号在进行地面纯氧测试时,也因为发生火灾,造成三名宇航员死亡。

纯氧的环境之所以会容易发生火灾,是因为氧气本身是一种助燃物,当环境里有可燃物,温度又恰好到了着火点时,此时在纯氧的助推下,就可能发生爆炸。

发生了这样的事故之后,科学家恍然明白,低压纯氧的环境并不适合宇航员的生活,那样实在太危险了,就像在宇航员身上绑了一个不定时的炸弹一样。

后来科学家把太空舱里的气体改为跟空气十分接近的成分,大约有25%的氧气,74%氮气,还有小部分其它气体,这样空间站里的气压跟地面上的气压相似,宇航员比较容易适应。

宇航员在空间站里工作,有时需要出舱进行各种实验。

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宇航员出仓需要携带氧气罐吗?

这次神舟12号飞船把刘伯明、汤洪波,几位宇航员送到了空间站里,在进入空间站的第18天,刘伯明与汤洪波两个人先后从天和核心舱出来,在舱外开展工作。

那时候我们只看到了宇航员身着白色宇航服,身上并没有携带氧气罐,难道太空里有氧气吗?

其实不是的,这里面的秘密就隐藏在那套白色的宇航服里,他们身上穿的那套宇航服具有自动制氧功能,有一套完整的供氧系统。

宇航服里除了有氧气瓶之外,还携带了制氧设备,这套供氧系统产生的氧气可以供宇航员在舱外工作四至六小时之需。我们可不要小看了这一套宇航服,它的造价每一套在3000万人民币左右,只能穿6到8个小时。

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结语:

人类向太空迈出的每一个步伐,都是智慧与勇气的结晶。探索太空这条路并不平坦,至今,已经发生了七起严重的航天事故。

到目前为止,已经有20多位宇航员为航天事业献出了宝贵的生命。让我们向这些人类的勇士致敬,感谢他们用生命为我们开启了一扇探索太空之门。

其实原因很简单,我们知道水是由水分子和氧分子构成的,如果把水电解的话,就可以产生氧气,国际空间站上的氧气就来源于电解水,因为水蕴含的氧气非常多,一升水通过电解可以产生620升氧气,而人每天消耗的氧气平均只有550升,只需要一升水就可以满足一个宇航员一天的需求了,地球上的货运飞船会定期给国际空间站运送补给物资,其中就包括水包,一个水包大概含有20升水,单单这包水电解出来的氧气就可以满足一个宇航员22天的氧气量了,货运飞船一次可以运送几十包这样的水包,所以即使国际空间有9个人,也不用担心缺氧,毕竟货运飞船会定期给国际空间站补充水包,一次补充的量可以维持好几个月。当然,宇航员还想到了其他办法制造氧气,平时国际空间上的宇航员还会产生很多废水(如洗漱水、尿液、汗液、水蒸气),宇航员会利用专门的仪器把这些废水收集起来,然后利用机器经过多重蒸馏、分离以及过滤转化为可以饮用的饮用水,或者利用这些水电解制造氧气,这样又可以补充一部分氧气。为了以防万一,国际空间站还准备了两套备用氧气生成设备,一套是加压氧气罐,一套是固体燃料氧气发生器。加压氧气罐很容易理解,平时我们在医院使用到的那些氧气罐就是加压氧气罐,为了应付不时之需,国际空间站会准备几套这样的加压氧气罐。而固体燃料氧气发生器则利用固体粉末(氯酸钠和铁的固体粉末混合物在被点燃时会产生氧气)的化学反应来制造氧气,由于这种方式只要点燃就可以产生氧气,所以不必担心空间站的氧气被耗尽。

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飞船运送氧气到太空,成本高又危险,为何空间站还有源源不断的氧气,原来跟尿液有一定关系,不得不佩服科学家的脑洞!

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

你是否有过这样的疑问?太空是没有氧气的,那么生活在空间站的宇航员又是如何呼吸的呢?短期可以从地球携带上去,但是长期在上面生活和工作,氧气总有消耗殆尽的一天,他们又是如何获得源源不断的氧气?真相揭开的一刹那,才让人恍然大悟

我们知道形成生命的条件,空气、水分以及适宜的温度等等,这些都是地球生命必不可少的,所以宇航员去到真空中就会面临严峻的挑战,那里是一个失重和缺氧的环境,根本不适合人类生存,所以只能采取有效手段为宇航员提供水源和氧气

氧气对人体的新陈代谢起到了非常重要的作用,如果缺氧的话,就会很快窒息而亡,或者大脑受到不可挽救的伤害,人体的能量来源于糖类的有机分解,空间站虽然没有氧气,但可以想方设法制造出来

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

空间站氧气首先来源于地球的供给,“进步号”做出重大的贡献!

首先空间站的氧气就是从地球运送上去的,但这也是短期的解决办法,国际空间站有配备的补给飞船,这一架航天器就是专门给空间站输送物资的,因为宇航员除了氧气,还需要消耗大量的食物以及生活用品或者其他工具

地面人员会把液态氧运送上去,经过升华就能产生大量的氧气,俄罗斯有名为“进步号”的无人货运飞船,就是专门给空间站输送物资的,包括氧气,生活物品,货物,燃料,设备仪器等

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

可以说,进步号为国际空间站的正常运行做出了非常突出的贡献,而且进步号并不只有一艘,到1993年就已经发展了两代,发射了四十二艘,M号20艘,不过让人感到意外的是,给国际空间站补给物资之后,就会进入大气层自行烧毁,壮烈牺牲

进步号,由仪器舱、货舱、燃料舱组成,其中货仓的体积为6.6立方米,每次可运送1.3吨物资,还可以输送一吨的燃料,与空间站对接之后,可飞行两个月,它的前身是联盟号宇宙飞船,为宇航员运送了大量的物资以及氧气,一直默默无闻的在付出着

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

虽然国际空间站有专门的补给飞船,但这也不是长久之计,食物可以慢慢消耗,但是氧气没有了,怎么办呢?这也不用担心科学家,自有办法

还有货运飞船的发射成本非常高昂,来来回回的输送还存在着很大的风险,要是把氧气大量的储存在空间站,也有一定的安全隐患,特别是氧气提纯这个过程

国际空间站究竟是什么

我们很多人都听说过国际空间站,但也有相当一部分人,根本不了解它是一个什么样的存在,既然问到空间站的氧气,从何而来,首先就来搞清楚国际空间站是一个什么样的概念

国际空间站就是人类搭建的,最大在轨运行的空间平台,就像一艘大型的卫星,在太空围绕地球飞行,于1998年开始建设,前后大约花费了十年的时间,涉及到很多国家参与

美国,俄罗斯,巴西,加拿大,比利时,丹麦,法国,日本,德国,挪威,意大利,瑞典,瑞士,英国,西班牙,荷兰一共16个国家

建设空间站是非常复杂和困难的,需要飞船分批把零部件运到太空组装,太阳能的电池长度就达到了73米,八个太阳能电池能够创造90千瓦的发电功率,拥有388立方米的居住范围

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

国际空间站里的氧气大多为电解水,尿液通过净化也可以电解!

除了运送之外,宇航员能够获取源源不断的氧气,最根本的原因就是电解水产生的,宇航员在太空消耗的氧气很多,甚至超过了食物

我们知道水是由氢元素跟氧元素组合而成的,空间站外面安装了很多太阳能电池板,只要太阳一照射就能提供转化为电能,有了电自然就能够电解水提取氧气了

但是太空中的水比黄金还贵啊!哪有那么多水资源来进行电解呢?这也不用担心,最近几年送到国际空间站的两套太空马桶,就能很好的解决这个问题,国外称为通用废物管理系统,这种太空马桶的价值高达两三千万美元

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

除了可以用来方便之外,最大的功能就是回收液体(包括尿液),从而净化出达标的饮用水,一升水能电解出620升氧气,完全可以保证每位宇航员每天消耗550升的用量

人每天喝下去的水都要排出来,通过这一套通用废物管理系统回收之后,就能够循环利用,除了能给宇航员宇饮用之外,还能进行电解形成氧气,简直就是一举多得,所以空间站就有了,源源不断的氧气,维持正常的运转

除了尿液,还可以回收汗液以及其他生活废水,甚至还能回收大便之中的水分,所以这一套通用废物管理系统才会如此昂贵,把宇航员排出的二氧化碳跟电解出来的氢原子组合,又能够产生水跟甲烷,水当然是宝贵的可以饮用,甲烷就会排到太空中去

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

如果空间站有四五名宇航员,每天就会产生大量的尿液,但是尿液含有95%的水分,回收比例特别高,接着又可以继续电解为他们提供氧气了,所以说尿液的回收,也能给宇航员提供氧气了!经过了解,实在佩服科技人员的脑洞,他们真是太伟大了!

人不吃饭,可以活20天,不喝水,可以活7天, 不睡觉,可以活5天,没有氧气,人只能活几分钟。

国际空间站在外太空,通常情况下,每个宇航员都可以在空间站待上数数月,相信大家一定会很好奇,密闭的空间站的氧气到底从何而来,为什么十几年了还没有耗尽?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

在回答这个问题前,我们先了解一下什么是空间站及空间站的环境是怎样的。

一、什么是空间站?

通俗的讲,空间站是就是在太空中的房子,能住人,可以在里面生活和工作,并借助运载工具进出。有很多一部分组成,像积木一样拼在一起,是一个体积很大的复杂结构。

比如:我国的天宫号,就是空间站,它由天和核心舱、实验舱、天文台、货运飞船和载人飞船五部分组成。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

二、空间站的环境是怎样的?

空间站处于太空中,而太空环境与地球又不一样,太空中没有空气,没有重力,却有超强的太空辐射。当然,空间站经过处理,它的材料可以有效阻挡太空辐射,也会提供足够的空气供宇航员呼吸,但在太空中“失重”环境是无法改变的,也会带来很多不便。

比如说,在太空吃饭,米饭会一粒一粒地漂在空中,吃顿饭真不容易,而且米饭还很有可能会飘进鼻孔,让人呼吸困难。在太空中想睡一个好觉也难,因为没有上下之分,“躺着”和“站着”几乎没有什么区别。

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三、在密闭的空间站,最基本的氧气是怎么来的呢?

空间站的氧气来源有三个:

一是从地面直接带氧气罐上去。

二是通过高氯酸锂的氧化还原反应将二氧化碳转换为氧气,

三是在空间站内电解水制造氧气。

起初,人类采用的第一种方法,直接从地球带氧气上太空,这也是最快捷的办法。

但存在几个问题:一个是成本问题,要将氧气罐运到太空,成本非常高,很不现实的。另一个是为了携带更多的氧气,就必须提取纯氧,这样成本也就高了,也很危险,而且纯氧是不能直接用来呼吸的。

第二种方法是通过高氯酸锂的还原反应,将空间站内的二氧化碳转换成氧气。但这种方法产生的氧气非常少,如果空间站的氧气只是依靠这种办法供给是完全不够的。

可以说,前两种方法只能为空间站的氧气打辅助,空间站上氧气的主要来源于第三种方法:电解水。

“电解”指的是将电流通过电解质溶液,将溶液化学分解的一种过程。所以通过水的电解来生成氢气和氧气。

而且,水中蕴含的氧气非常多,一升水可电解生成约620升的氧气,完全满足一个人一天的氧气(每人一天约消耗550升),也就是说,只需电解很少的水量就可以保证宇航员的氧气供应,所以国际空间站十几年也没有耗尽氧气。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

那么,空间站的水又怎么来呢?

其实,空间站里的水并不是全部都用于制造氧气,而是大部分用于宇航员的日常的生活和工作,因为水从从地面运送到太空的成本很高,所以在国际空间站里,水都是循环利用。具体的说就是把宇航员在生活和工作中产生的各种废水(如洗漱水、尿液等)全部收集起来,再经过多重蒸馏、分离以及过滤等后,转化为可饮用的水继续使用,回收率可达到93%。

而那些用于制造氧气,被消耗掉的水很少,靠地面上的少量补给就可以维持。

四、为什么不能通过光合作用制氧?

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

也许有人会问,我们初中化学中不是讲过光合作用吗?在空间站种植物,植物消耗二氧化碳产生氧气,而人类则消耗氧气呼出二氧化碳,这样不就可以循环利用了吗?而且光合作用还可以产生糖。那为什么在空间站实现不了呢?原因如下:

1、蒸腾作用失效

空间站在太空是微重力环境,而植物都已适应了地球表面的重力环境,这也是植物生长的最大障碍。在微重力环境下,空气对流差,叶片蒸发出来的水汽会吸附在叶片表面,堵塞气孔,植物就会被自己“淹死”。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

2、灌溉是难题

在地球给植物浇水是件很容易的事,但在太空,就需要不断地浇水或专门开发滴灌技术浇水。

3、施肥很难

在太空中,植物需要特制的基质和专门配制的营养土。普通的土壤是不能用的,因为土壤中有数不清的细菌、真菌和其它有害物质,这些都会影响到宇航员的生活。

4、空间站空气并不适合植物

在空间站里,空气里的二氧化碳浓度比地面要高10倍,并且还有氨气、甲醇、甲醛等气体,虽然二氧化碳对植物有益,但其它一些气体对植物正常生长有害,必须过滤处理掉。

5没有空间种这些植物

要在空间站腾出一块菜园地,这比登天还难。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

所以,在空间站不会通过植物光合作用产生氧气来维持。

五、人类建造了哪些空间站?

礼炮号空间站(前苏联,1971年-1986年)

礼炮一号是人类的第一个空间站,礼炮系列空间站属于第一代空间站,处于试验验证阶段。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

天空实验室空间站(美国,1973年-1974年)

天空实验室是美国的第一个试验型空间站,它在宇宙空间运行了2246天,绕地球3.4981万圈,航程达14亿多公里。

和平号空间站(前苏联/俄罗斯,1986年-2000年)

和平号空间站是大型组合式空间站,属于第三代空间站,具有划时代意义的。服役了15年,来自12个国家的100多位宇航员相继登站,现已坠毁。

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

国际空间站(美国/欧盟/日本/俄罗斯/加拿大,2000年-至今)

国际空间站是由美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局和巴西航天局六个机构组成,我国曾经申请加入,遭美国强烈反对而作罢。预计服役到2025年退役。

中国天宫空间站

中国空间站包括核心舱、实验舱梦天、实验舱问天、载人飞船和货运飞船五个模块组成。支持开展舱内外空间科学实验和技术试验,是我国目前研制的最大的航天器。这是由我国自主建造,实现了产品全部国产化,部组件全部国产化,原材料全部国产化,关键核心元器件100%自主可控,中国航天再也不会被国外卡脖子了。

载人航天是一个国家综合国力与科技实力的象征,如今,我国已顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入中国空间站,预祝三位航天英雄圆满完成太空任务,凯旋而归!

国际空间站的氧气到底从何而来?为什么十几年了还没耗尽呢?

空间站的氧气来自于电解水的循环利用,水则是由地球带入空间站的

理论上来说可以实现无消耗循环利用。化学知识已经忘得差不多了。

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