深呼吸:国际空间站如何让宇航员保持活力

2019-07-23 13:21:03 来源:网站建设(深圳网站建设)

斗牛牛在为人类居住空间的所有问题中,最重要的是你甚至看不到的东西 - 你很少想到的东西:呼吸。持续供应新鲜,可呼吸的空气绝对至关重要。对于自1998年以来在轨道上的国际空间站,这一点尤为重要,因为将氧气输送到太空是一种昂贵而繁琐的选择。在地球上,我们呼吸的空气中含有78.09%氮气,20.95%氧气,0.93%氩气的混合物。 ,二氧化碳0.039%,以及其他气体的痕量。我们吸入肺部的每一次呼吸都会吸收空气中的氧气,通过肺部的海绵状物质分泌到毛细血管中,并扩散到血液中。同时,回流到肺部的血液释放出二氧化碳,我们每次呼气都呼气;并且呼气平均含有16%的氧气和5%的二氧化碳。在地球上,这是有效的,因为植物生命需要二氧化碳进行光合作用,释放氧气作为自己的废物。这是一种完美的共生关系。国际空间站上有植物,但它们不是用于生产氧气和消除二氧化碳。仅有一个可行的花卉空气回收工厂,车站上没有足够的空间。植物在空间站上,以便研究人员可以弄清楚植物在零G中的生长情况。例如,缺乏重力意味着水不能很好地吸入土壤中 - 这反过来又意味着根系可以窒息。因此,依靠植物在国际空间站上空间产生空气显然不是一个可行的解决方案。幸运的是,我们拥有完善的空气生产和回收利用技术。为了通风,潜艇浮出水面并不总是可行的;这意味着用于产生可呼吸空气的技术已经存在了几十年 - 并且在一个密封的密封容器中引导。国际空间站使用的系统与潜艇上使用的系统非常相似。它由两部分组成:水回收系统和氧气发生系统;如果没有前者,后者就无法运作。 WRS回收国际空间站上的水 - 宇航员的尿液,墙壁和窗户上的湿气凝结以及车外活动废物。然后将所有这些流体纯化至非常严格的标准,以便可以在ISS上重复使用。需要说明的是,这种循环水不能拼三张弥补ISS所需的全部水量,但它确实减少了需要从地球运输的水量。这种水的一部分用于饮用和洗涤(这是用蘸湿的布料来实现,因为我们在地球上采取的淋浴在零G环境中会出现问题,在小球体中到处都会漂浮水。)其余的水用于制造氧气。美国国家航空航天局的氧气发生系统和国际空间站上的俄罗斯电子系统使用一种称为电解的过程将水分解成氢和氧的成分原子。这包括将由ISS太阳能电池板提供的电流通过水从带正电的阳极传递到带负电的阴极;这反过来将原子分离并将它们重新组合成氢气和氧气。这实际上非常类似于光合作用的过程,植物将水分解为氢气和氧气。如前所述,氢气与二氧化碳结合产生碳水化合物,为植物提供能量,并排出氧气。在国际空间站的情况下,电解过程产生的氢气被反馈到空间站的Sabatier系统。催化剂用于将废氢与宇航员在高温下呼出的废二氧化碳结合以产生水(H2O)和甲烷(CH4) - 该过程由放热反应CO2 4H2→CH4 2H2O能量描述。然后将产生的水反馈回水回收系统,同时将甲烷排放到空间中。总之,这个过程每天产生大约2千克的氧气。据NASA称,普通人每天需要大约0.84千克氧气才能生存,国际空间站通常在任何时候都有三名宇航员。在撰写本文时,NASA宇航员Terry Virts,ESA宇航员Samantha Cristoforetti和俄罗斯空军上校Anton Shkaplerov都参与其中。这意味着氧气需要登上国际空间站 - 每天2.52千克,根据美国国家航空航天局的计算 - 超过了由于这个原因,国际空间站有另外两种接收氧气的方法。每当国际空间站接收到供气梭并将其泵入安装在气闸外的加压罐中时,它就从地球上提供;以及由俄罗斯联邦航天公司开发的名为Vika或SFOG的备用固体燃料氧气发生器斗地主
PREV   NEXT