空间站的氧气怎么产生的(太空空间站里的氧气是怎么来的)

如果说这个世界上有什么是人生存所必须却又不要钱的,那一定就是氧气了。

在地球表面,氧气随处都是,再加上它无色又无味,所以我们经常忽视了它的存在。而就是这不被我们所重视的氧气,在太空中却是极难寻得,太空是近乎于真空的,在那里不仅没有可供人类呼吸的氧气,也没有任何其它气体。既然如此,一刻也不能停止呼吸的人类又是如何在太空安家的呢?空间站已经运行了几十年,为什么其中的氧气还没有耗尽呢?真空环境对于人来说是十分危险的,这不仅是因为在真空环境下无法呼吸,还因为在真空环境下,人的血液可能会沸腾蒸发。为什么呢?因为液体的沸点与周围的气压密切相关。

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在绝对真空的环境下,水的沸点接近于0℃,虽然太空并不是绝对真空的,但水的沸点也不会超过10℃,所以人体暴露于真空环境之下会发生什么就显而易见了。

所以人类要想前往太空,首先要解决的一个问题就是空气。要前往太空就必须要使用化学动力火箭,而化学动力火箭的有效载荷是非常有限的,任何一点重量的增加都会导致发射成本的大幅提升,所以最早的航天探测器携带的都是纯氧。地球表面的空气是由多种气体所组成的,其中有氮气、氩气、二氧化碳以及水蒸气等等,而人呼吸所需要的只是氧气,所以出于节约运输空间和减少运输重量的目的,航天器就都成为了低压纯氧环境。

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纯氧环境是十分危险的,所以事故也就如期而至,在20世纪60年代,美国和苏联都曾经先后出现过纯氧测试舱着火的事故,并有数名宇航员因此而牺牲,所以之后只得降低了氧气的比例。

在后来的国际空间站中,空气的组成成分已经和地球表面差不多了。那么问题来了,氧气的比例降低之后,所占用的空间和重量就大幅增加了,难道国际空间站中的空气都是从地球运上来的吗?当然不是,如果是这样那可就太贵了。平均来讲,向太空中运送一公斤的物资大概需要5万美元的成本,而一个人每天所需的氧气约为600升,而宇航员在空间站中一住就是几个月,靠运输送氧,那成本可太高了。

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事实上空间站中的氧气主要是依靠电解水来提供的。

电解水是个非常简单的化学反应,只需要用到电和水,而电可以通过空间站上的太阳能电池板提供。电解水制造氧气的效率是非常高的,1升水在电解之后就可以得到超过600升的氧气,也就是说1升水就可以满足一个人一天的氧气需求。那么问题来了,电解水所需要的水从何而来呢?水是可以循环利用的。电解水除了能够生成氧气以外,还能够生成氢气,而人呼吸会产生二氧化碳,将氢气与二氧化碳相结合就能够再次还原为水和甲烷。

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在空间站中,水的消耗是非常少的,因为不仅是电解水的过程,其它方面的用水,甚至是饮用水都是能够循环利用的。

喝进去的水还能够循环利用?是的。一位美国宇航员曾经说过一句名言,至今仍在宇航员中广泛流传,这句话是:“今天的咖啡就是明天的咖啡”。在空间站中由于水资源极其宝贵,所以即便是尿液,也会经过强大的过滤系统还原为可以继续饮用的水。不过虽然空间站中的空气循环系统和水循环系统都极其强大,但也不能够做到百分之一百循环利用,所以偶尔还是需要补给飞船来运送一些氧气和水源的,当然还有空间站中不能自给自足的食物。

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宇航员也不会永远呆在空间站里,有时候他们需要出舱执行任务,而太空出舱与潜水是不同的。

潜水时只需要一个氧气瓶来提供呼吸所需的氧气,但是太空出舱不仅需要用于呼吸的氧气,还需要充入氧气给宇航服内加压,因为人体是不能暴露于真空之中的。那么为什么宇航服内充入的是氧气,而不是空气了呢?因为低压纯氧环境是目前宇航服内的最理想环境。宇航员出舱是要执行任务的,而太空是近乎于真空的,如果宇航服内的压力过高,就会导致宇航服过度膨胀,这样一来宇航员就变成了个气球人,无法自由活动了。而且宇航服内的环境不像空间站里那样复杂,所以不会因纯氧环境而造成危险。

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