【簡介：】航天員要想在空間站中長期生存，至少需要三樣?xùn)|西：食物、氧氣和水。食物和水還好說，定期由地面發(fā)射上去的貨運(yùn)飛船進(jìn)行補(bǔ)給，氧氣就比較麻煩了。航天員無時(shí)不刻不在呼吸，需要的氧氣

航天員要想在空間站中長期生存，至少需要三樣?xùn)|西：食物、氧氣和水。食物和水還好說，定期由地面發(fā)射上去的貨運(yùn)飛船進(jìn)行補(bǔ)給，氧氣就比較麻煩了。航天員無時(shí)不刻不在呼吸，需要的氧氣量特別大，全部依靠地面進(jìn)行補(bǔ)給根本不現(xiàn)實(shí)。

空間站中是否充滿了氧氣我們首先要了解一個事實(shí)，航天員在空間站中是怎么呼吸的，需不需要帶著氧氣罩？

中國空間站

空間站內(nèi)部的環(huán)境和外部的太空環(huán)境是相互隔絕的，而且是100%全封閉隔絕，不能有一丁點(diǎn)兒縫隙。上個世紀(jì)六十年代，人類剛剛上天時(shí)，載人探測器里面的空氣環(huán)境是純氧環(huán)境，里面除了氧氣什么都沒有。

航天員在純氧環(huán)境中呼吸，不需要帶著氧氣罩，但是卻發(fā)生了兩起致命的悲劇性事件。1961年，前蘇聯(lián)宇航員瓦連京·瓦西里耶維奇·邦達(dá)連科在地面進(jìn)行耐低壓模擬訓(xùn)練時(shí)發(fā)生了意外，被重度燒傷，最后不治身亡。1967年，美國阿波羅1號的三位宇航員在地面測試純氧艙時(shí)，也因?yàn)榛馂?zāi)而意外身亡。

行星

這兩起事故的罪魁禍?zhǔn)锥际羌冄醐h(huán)境。從此以后人類就放棄了低壓純氧艙方案，改用與地面空氣成分接近的方案，即氧氣占22%，氮?dú)庹?8%。這種空間站中的空氣環(huán)境方案一直沿用至今。

在這種空間站環(huán)境中，航天員也不需要帶著氧氣罩，就跟在地面上正常呼吸一樣。所不同的是，空間站中的空氣成分少了稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡），二氧化碳和其他物質(zhì)（如水蒸氣、雜質(zhì)等），理論上來說更加純凈了。

空間站中的氧氣從何而來既然空間站中的氧氣占比22%，航天員又在時(shí)時(shí)刻刻地消耗著氧氣，那么空間站中的氧氣到底從何而來呢？

氧氣生成系統(tǒng)電解水制氧

無論是國際空間站還是中國空間站，里面都有一套甚至多套制取氧氣的設(shè)備，叫做氧氣生成系統(tǒng)。利用這套設(shè)備，空間站就能夠?yàn)槎嗝教靻T提供源源不斷的氧氣。

氧氣生成系統(tǒng)的原理很簡單，就是利用電能分解水，然后產(chǎn)生氧氣和氫氣，其中的氧氣供應(yīng)航天員呼吸。制氧所需的電能通過太陽能電池板獲得。

空間站中的氧氣罐

那么空間站每天需要制取多少升氧氣，制氧又需要消耗多少升水呢？

航天員每天需要呼吸的空氣量大約是1.1萬升，呼入時(shí)氧氣含量是22%，呼出時(shí)剩余的氧氣含量是15%左右。簡單換算一下，航天員每天大概需要550升的氧氣。

通過氧氣生成系統(tǒng)制取氧氣，每一升水能夠制取620升的氧氣。這樣的話，每天消耗不到一升水制取氧氣，就足夠一名航天員呼吸用了。具體到通過神舟十二號發(fā)射上天的聶海勝、劉伯明和湯洪波身上，中國空間站在他們停留的三個月時(shí)間里，只需要消耗不到270升的水來制取氧氣，就夠他們?nèi)齻€人呼吸用了。

太空馬桶集成了廢水收集系統(tǒng)

而制取氧氣用的水從哪里來呢？主要來自地面的補(bǔ)給，也有一部分來自空間站收集的各種廢水，甚至包括航天員的尿液（會經(jīng)過消毒殺菌處理）。

地面補(bǔ)給氧氣生成系統(tǒng)是空間站氧氣的主要來源，但絕不是唯一的來源。萬一這套系統(tǒng)哪天出現(xiàn)故障了，沒有了替代方案，后果將不堪設(shè)想。2020年10月份，國際空間站俄羅斯艙段的氧氣生成系統(tǒng)就癱瘓了三次。

龍飛船為國際空間站運(yùn)送補(bǔ)給

空間站中的另外一種氧氣來源就是地面補(bǔ)給。國際空間站每隔一段時(shí)間就會收到來自地面的物資補(bǔ)給，這其中就包括氧氣?？臻g站里面通常都會存放多個氧氣罐，里面存儲著大量的氧氣以防意外情況發(fā)生。

航天員出艙需要攜帶氧氣罐嗎中國空間站航天員出艙

在進(jìn)駐中國空間站17天后，神舟十二號飛船的航天員進(jìn)行了中國空間站首次出艙活動。航天員劉伯明、湯洪波身著“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙成功出艙，并且完成了在機(jī)械臂上安裝腳限位器和艙外工作臺等工作任務(wù)。

中國空間站航天員首次出艙活動

那么我們?yōu)槭裁礇]有看到劉伯明和湯洪波攜帶的氧氣罐呢？

實(shí)際上，劉伯明和湯洪波每個人都攜帶了供呼吸用的氧氣罐，不過氧氣罐被集成到了“飛天”艙外航天服上了。

“飛天”艙外航天服

我國自主研制的這套新一代出艙服造價(jià)約3000萬元人民幣，重約120公斤，可供航天員在艙外連續(xù)工作6到8小時(shí)。

造價(jià)3000萬的出艙服

“飛天”艙外航天服采用閉式循環(huán)非再生式環(huán)控生保系統(tǒng)，在它的背部裝有一套專門提供氧氣等維持生命所需各種條件的便攜式生命保障系統(tǒng)。這套便攜式生命保障系統(tǒng)里面，就裝有一個高壓氧氣瓶，使用40千帕純氧壓力制度為航天員供氧。

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空間站上的氧氣一方面靠地面供應(yīng)，另一方面靠電解水循環(huán)使用，空間站上有完整的生命保障體系。

離開空氣，人也許只能存活兩三分鐘，我們在地面每時(shí)每刻都在呼吸，但在距離地面400千米的太空上，是沒有空氣的。

空氣的作用不僅僅是提供氧氣讓人類呼吸，空氣的成分以及壓強(qiáng)問題也至關(guān)重要。

在真空環(huán)境中，水的沸點(diǎn)接近0℃，這就意味著人類在真空環(huán)境中，身體上的水分會瞬間沸騰起來，水分蒸發(fā)殆盡之后，人體很快就會變成一具干尸。

空間站則是創(chuàng)造了一個跟地面類似的環(huán)境，提供充足的食物、水源以及氧氣，才得以讓宇航員在距離地面400千米的地方，執(zhí)行太空任務(wù)。

國際空間站是16個國家通力合作，花費(fèi)1600億美元才建立起來的，這個比足球場還大的空間站，是靠一次又一次的火箭運(yùn)輸，才將零部件運(yùn)送到太空中，最后拼接起來。

那么在上面生活的宇航員，所需的生活物資也需要一次又一次的運(yùn)送上去，但是水源和氧氣僅僅靠著從地面運(yùn)送，需要花費(fèi)巨大的成本，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

那么空間站上的氧氣，究竟是從何而來，為何十幾年還沒有耗盡？

1、早期載人航天探測器采用的是低壓純氧的環(huán)境現(xiàn)在的國際空間站上的空氣跟地球大氣層里的是一樣的，氧氣的占比在22%左右，氮?dú)庹急葘⒔?8%。但在以前，早期的載人探測器采用的是純氧環(huán)境。

因?yàn)榘l(fā)射探測器到太空，重量越小越好發(fā)射，采用純氧可以盡量少攜帶空氣上太空，探測器內(nèi)部是個低壓環(huán)境。

但是后來發(fā)生了幾次事故，讓科學(xué)家們意識到，低壓純氧并不是好的選擇。1961年，蘇聯(lián)最小的宇航員瓦連京?邦達(dá)連科，在純氧艙測試時(shí)被活活燒死，當(dāng)時(shí)他只有23歲。

1967年，阿波羅1號的三位宇航員，在地面測試純氧艙時(shí)，也因?yàn)橥话l(fā)火災(zāi)而犧牲。純氧低壓艙的方案很快便被放棄了。

到了1973年時(shí)，天空實(shí)驗(yàn)室采用75%氧氣和25%氮?dú)獾牡蛪涵h(huán)境，但也不是最好的方案。

直到后來的國際空間站，才采用跟地球大氣一樣比例的空氣，無論是氧氣含量還是艙內(nèi)壓力，都跟地面上接近。這

才讓宇航員最大限度的適應(yīng)了空間站上的生活，因?yàn)樗麄儓?zhí)行任務(wù)的時(shí)間，長達(dá)數(shù)月之久，低壓環(huán)境很難長時(shí)間生存。

當(dāng)然了，空間站能夠采用22%氧氣占比的空氣，也跟科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有關(guān)，因?yàn)楹趿枯^低的空氣，不可能僅僅靠地面運(yùn)輸來維持。

2、空間站上的氧氣靠電解水來提供，并且可以循環(huán)利用國際空間站上的太陽能電池板，為整個空間站的運(yùn)行提供電力資源，將水電解成氧氣和氫氣并不太難。

電解水有一個好處，就是很少量的水，可以電解生成很多氧氣，1升水完全電解之后，可以生成620升氧氣，而一名宇航員一天所需的氧氣，大約為550升。也就是說一升水電解之后的氧氣，完全后一名宇航員使用一整天。

水電解生成氧氣和氫氣，氧氣供宇航員呼吸，氫氣也沒有浪費(fèi)，而是收集起來，借助催化劑，在一個叫作薩巴捷反應(yīng)器的裝置中，與宇航員們呼吸產(chǎn)生的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生水，只留下甲烷作為廢物。

只要空間站有足夠多的水，氧氣完全不成問題，因此水的合理利用顯得至關(guān)重要。空間站上的水資源利用率也非常高，幾乎所有的廢水都會重新利用，包括宇航員小便產(chǎn)生的尿液，都會收集起來，凈化之后重新使用。

因此，空間站上的氧氣主要來自水資源，通過電解水的方式產(chǎn)生氧氣。產(chǎn)生的氫氣又可以和二氧化碳生成水，氧氣和水就是這樣循環(huán)使用，只要有水，就有源源不斷的氧氣供應(yīng)。

3、補(bǔ)給飛船為空間站運(yùn)送氧氣以目前的技術(shù)，國際空間站上的水資源和氧氣，都無法做到100%重新利用，循環(huán)使用過程中總是有一些損耗。

因此空間站需要地面補(bǔ)給物資，每隔一段時(shí)間補(bǔ)給飛船就會運(yùn)送食物、水源以及氧氣等物資到空間站。

一種方式是直接運(yùn)送加壓氧氣罐到空間站，另一種方式則是運(yùn)送固體燃料氧氣發(fā)生器，利用固體粉末的化學(xué)反應(yīng)來制造氧氣。目前比較常見的是使用氯酸鈉和鐵的固體粉末混合物，點(diǎn)燃后會生成氧氣。

所以說，地面補(bǔ)給是空間站氧氣來源不可或缺的一種方式。

4、宇航員太空行走時(shí)，宇航服內(nèi)必須是低壓純氧的環(huán)境前面我們介紹的是，宇航員在空間站的生活環(huán)境，空氣比例跟在地面上差不多。但如果宇航員出艙執(zhí)行任務(wù)，宇航服內(nèi)必須采用低壓純氧的環(huán)境。

宇航員在執(zhí)行出艙任務(wù)時(shí)，將宇航服內(nèi)灌入純氧，但不能灌入太多，因?yàn)橛詈椒仨氁ＷC低壓環(huán)境。

輸入純氧很好理解，可以盡可能多的為宇航員提供氧氣。其實(shí)保持低壓是為了宇航員方便執(zhí)行任務(wù)，因?yàn)榭臻g站外是個真空環(huán)境，宇航服內(nèi)如果壓力過高，那么衣服會鼓起來，而且宇航員很難活動，這個執(zhí)行任務(wù)帶來不便。

5、結(jié)語我們生活在地面上，習(xí)慣了呼吸免費(fèi)的空氣，忽略空氣的重要性，甚至感受不到空氣的存在。

但在距離地面400千米的空間站上，空氣是非常寶貴的，空間站必須源源不斷的產(chǎn)生新鮮空氣，才能保證宇航員的生存。

其實(shí)空間站上有一整套保證宇航員生命的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以讓水資源和空氣循環(huán)使用，可以過濾掉水哥空氣中的雜質(zhì)和有毒物質(zhì)。

但是不管怎樣，在空間站上工作生活，都不一件容易的事，宇航員們在失重的環(huán)境中，在密閉狹小的空間里，執(zhí)行長達(dá)半年之久的太空任務(wù)，對他們的身體和心理，都是極大的挑戰(zhàn)。

2021年6月17日，神舟十二號搭載三位航天英雄，成功登陸中國自己的空間站，標(biāo)志著中國航空史新的階段。

我們的天宮空間站相比國際空間站，在很多方面有所改進(jìn)，宇航員們的太空生活會更加舒適！

最后向所有的宇航員們致敬，是他們冒著生命危險(xiǎn)，犧牲自己的身體健康，為人類探索太空做出巨大貢獻(xiàn)！

預(yù)祝我國的三位航天英雄，能夠圓滿完成太空任務(wù)，凱旋歸來！