梦天实验舱11月1号与空间站完成交会对接,神舟14的三位宇航员,也在两天后顺利进入梦天实验舱展开工作,正式向全世界宣告,中国天宫空间站已经完全建成。 梦天实验舱对接成功 在为祖国的伟大成就而欢欣鼓舞的同时,不仅也产生了一个问题,太空中是真空环境,基本没有氧气的存在,那三名宇航员执行任务期间,所呼吸的氧气到底从何而来呢?经验教训 最容易想到的答案,当然是从地球上运送氧气,就像潜水员背的氧气瓶那样,把氧气以类似的形式送到太空中。 潜水 但是直接送氧气瓶显然不现实,毕竟你不能要求宇航员,一天24小时都背着个氧气罐,还要隔几个小时,就停下手头的工作去换一个。 由于发射一次货运飞船的价格实在太高,而且对于货物的重量也有着严格的要求,三天两头往上送氧气这种事儿,就算是以美国的神壕程度,怕是也负担不起。 货运飞船发射 于是,科学家们想出了一个办法,把纯氧压缩之后,再通过货运飞船运送上去。 虽然人类无法直接呼吸纯氧,但是和其它气体混合之后,运送上去的纯氧,也足够宇航员用很长时间。 美国运载火箭 看上去似乎是完美解决了问题,不仅让宇航员们有氧气可用,还在最大程度上降低了成本,但是氧气的不稳定性,却是一个不定时炸弹。 当这枚炸弹爆炸后,所带来的后果,让大家直接放弃了这个方案。 阿波罗1号载作为老美的探月计划先行者,在1967年1月27日的一次例行测试中,指定舱内突然发出火警,并在短时间内迅速爆发,根本没办法控制。 虽然地面人员只用了五分钟时间,就控制了火势,并打开舱门,但可惜的是,舱内的三位宇航员却早已丧命 。 阿波罗1号着火 根据火警的调查结果,这场事故的起因,只是电线某处产生的火花,但是由于舱内是纯氧环境,火灾迅速蔓延到无法控制的地步 ,最终导致三名宇航员丧生。 前苏联也曾有过类似的事件,1961年3月,一名太空人在模拟舱中训练时,同样发生了火灾,并且由于舱内的纯氧环境,导致这名太空人最终死亡。 "阿波罗1号"三名宇航员电解水技术 这两次血淋淋的事故,给所有科研工作者敲响了警钟,虽然纯氧环境的设计能够节省重量,减少开支,但是却有极强的不稳定性,非常容易造成更大的损失。 既然从地球上直接运送氧气的方法并不可取,那就只能选择在空间站中制造氧气,找到一种安全节能的方法,就成了摆在科学家们面前的难题。 对中学化学还有点印象的朋友,应该还记得水电解后,可以产生氧气和氢气的知识点,这也成了科学家们首先想到的法子。 电解水的方法放在地球上,显然是非常不划算的,毕竟地球上并不缺少氧气,而且这个过程非常消耗电能,完全就是脱了裤子放屁,多此一举 。 电解水 但空间站中的情况和地球截然相反,空间站本身是极其需要氧气的。 再加上和太阳的距离相对比较近,也没有大气层这个中间商赚差价,太阳能发电的效率要远高于地球,用电成本大幅度降低。 电解水自然也就成了最好的选择。 太阳能发电版 但是另一个问题随之而来,电解水所产生的氧气和氢气的比例是1:2。 但是氢气对人体基本没有作用不说,还是和脾气火爆的易燃易炸品,留在空间站中不太合适,那么电解出来的氢气要怎么处理 ? 直接排放到空间站之外,当然是一种选择,但是利用效率显然不高,空间站中的任何资源都是非常宝贵的,我们当然要尽可能地提高所有资源的利用率,各种气体同样也不例外。 人体呼吸会产生二氧化碳,氢气和二氧化碳经过一系列反应后,可以得到甲烷和水 。 这时候就可以把甲烷直接排出空间站,水就可以继续循环利用,绝不浪费一点资源。 生成甲烷的反应式 这样一整套流程下来,空间站中的氧气完全可以做到自给自足 ,只要能够提供充足的水源,就完全不需要担心氧气不够用的问题。水的来源 但是新的问题也就随之而来,宇航员们呼吸的氧气需要用水,日常饮用和洗漱需要用水,一些科学实验同样需要用水,空间站里的水够用吗? 宇航员喝水 电解水的消耗其实并不大,一升水就可以得到600多升氧气,一名宇航员每天的用水量在550升左右。也就是说,只需要两升多的水,就可以满足三名宇航员一天的消耗。 日常饮用的话,一名宇航员每天大概要两公斤的水,三个人加起来也就是12斤左右,如果只算日常饮用水,半年下来差不多要一吨多一点。 饮用水 如果再算上电解水、科学实验、洗漱等各方面的需求,怎么也得三吨水,才能满足空间站正常运转的需求。 虽然运送水的成本相对氧气来说比较低,但是单纯从地面运送显然也不现实,毕竟500克的水运送成本,就能达到9100美元到27000美元不等 。 长征五号运载火箭 这个价格实在是有点承受不起,所以再生水,就成了解决太空用水的最好办法。 具体再生的原理,不是我等凡人能搞清楚的,但是遵循的基本原则,还是能够简单了解一下,那就是绝不浪费一滴水。 空间站水循环 宇航员们呼吸所产生的水蒸气,皮肤上蒸发的汗液,甚至是人体代谢所产生的水分(包括尿液),都会被收集起来,经过严格的净化处理系统,重新转化成可以饮用的水。 虽然乍一听到的时候,心里或多或少都会有点别扭。 但事实上,经过层层净化过滤之后,再生水是完全可以达到饮用水标准的,甚至是远远优于饮用水标准,只要能克服心理障碍,就没有任何问题。 当然,这些水也并不是能够无限循环利用的,中国空间站对水的利用率在80%左右 ,也就是说每一吨水中,有8000公斤可以被转化成再生水,剩下的就在循环的过程中被消耗掉。 而且再生水也不是真的就能做到万无一失,宇航员们每天都会对再生水进行检测 。 净化再生水 只有各项检测结果都完全达标的水,才会作为饮用水使用,不达标的也不浪费,可以用来点解生氧。 为了宇航员们能在太空中生活,科学家们可谓是费尽心思,宇航员们克服重重困难,在万籁俱寂的太空中,为了我们的未来而奋斗,向所有的航天工作者致敬 !