航天员在空间站的氧气哪里来(航天员在空间站工作时呼吸)

《中国日报》在2022年10月公布了神舟十四号航天员乘务组拍摄的最新作品，展示了他们在上空俯瞰中国时的景象。如今三位航天员已经在空间站中停留了四个多月，距离任务完成顺利回归已然不远。

宇航员在空间站中拍摄的黄河入海口照片

而宇航员在轨的这些日子，人们对于他们的生活感到十分的好奇，比如宇航员如何在太空洗澡洗头、如何上厕所等等。当然其中最关键的，还是他们的呼吸问题。

据悉，3名航天员每天呼吸约需要1650升氧气，那么执行180天的任务就需要297000升氧气。这显然不是个小数字。

这么多的氧气难道都是从地面运上去的吗？

神舟十四号的三名宇航员

今天我们就来看看，空间站中的氧气究竟从何而来。

空间站的氧气从何而来？

生活在地面的人们很难察觉到氧气的存在，因为它几乎无处不在。

可是密闭的太空舱当中没有植物，无法进行光合作用，将人呼出的二氧化碳吸收利用，形成稳定的氧气供给环境，因此为了宇航员的生命安全着想，科学家们为制氧操碎了心。

植物的光合作用可以制造氧气

我们先来了解一下为什么说3名航天员每天需要的氧气大约是1650升，这到底是怎么估算出来的。

摄氧量就是人身体组织摄取氧气的含量，据悉，在正常条件下，一个休息的成年人每分钟呼吸的空气量大约为7、8升，一天24小时算来就总共约需要1.1万升空气。

而根据人类吸入和呼出气体中氧气的占比来看，吸入的空气氧含量约为21%，呼出的气体氧含量约为16％。因此成年人每次呼吸会消耗的纯氧量，约为空气的5%左右。

人的呼吸作用会消耗大量的氧气

这样算来，一名宇航员要在空间站正常生活至少需要约550升的纯氧。而三名宇航员，每天就需要至少约1650升的氧气。

由于神舟十三号、神舟十四号的航天员，在轨工作时间都长达180天，所以就导致氧气消耗量累加起来还是非常多的。这样的话，传统航天飞机的供氧装置，就不太适用了。

一般来说空间站的氧气主要有三个来源，分别是氧气发生器、高压氧气瓶以及固体燃料氧气发生器。

宇航员在轨工作的时间越来越长

首先氧气发生器指的就是制氧机器，这种机器会通过电解水的方式，将水中的氢元素和氧元素成功分离，然后再生产出氧气。

从国际空间站和我国空间站的反馈来看，电解氧是目前公认的最具合理性的空间站氧气补给技术，而俄罗斯早在1986年和平号空间站建造的初期就已经进行了相关的验证。

电解氧装置主要包括了电解芯体、氢水/氧水静态水气分离器、蓄能水箱、循环泵、氢氧压力平衡阀等组件，各国制造的都有所差异。

美国空间站当中的电解氧装置结构

比如国际空间站上美国电解制氧装置，就采用的是固体聚合物电解质水电解和动态水汽分离的技术方案。

至于我国的电解制氧装置研究时间，则要稍微落后于美国和俄罗斯，真正开始于上世纪九十年代。

在科学家的努力之下，该装置于2006年完成了3人乘组连续供氧62天的验证试验。并且在6年之后，顺利完成在轨飞行验证。

电解氧装置的基本原理

此外，电解氧的制氧性能也非常的强大，一升水就可以电解出622升氧气左右，能够满足一名宇航员的基本氧气需求。

当然，如果180天任务所需的水全靠空运也是非常麻烦的，所以空间站上还有回收循环系统。

比如航天员呼出的水蒸气能够通过冷凝装置进行回收，而他们的尿液则可以利用环控生保系统来回收。在这种充分回收利用的情况下，空间站里的水源可以及时得到补充，在其中形成良好的循环。

空间站当中有回收利用“废水”的设备

其次就是高压氧气瓶了。这些基本都是要通过快递不断送上空间站的，由于其安全性不够强，而且都太重了，所以空间站内只会少量进行存储，以备不时之需。

毕竟，不能让航天员在空间站中还要背着氧气瓶四处走，这未免也太糟心了。

空间站中的备用高压氧气瓶

最后就是固体燃料氧气发生器了，这种装置是通过化学反应来制造氧气的。国际空间站当中的固体燃料氧气发生器，最初被装在了星辰号的服务舱当中。

据悉，这个燃料罐当中装有粉状氯酸钠和铁粉。当铁粉遭遇600摄氏度的高温时，就会开始“燃烧”，提供热能。紧接着，其中的氯酸钠就能分解成氯化钠和氧气。

根据资料来看每千克氯酸钠和铁粉混合物通过发生器能供提供6.5人/小时的氧气，俄罗斯也曾使用这一方法制造氧气。

国际空间站中还装有固体燃料氧气发生器

由此可见，空间站的氧气来源是很充足的，不需要我们担心。并且为了实现长期载人飞行，科学家早已开始研发再生生保的关键技术。

中国空间站再生生保关键技术研究

上世纪八十年代开始，在国家863计划的支持下，我国就开始展开再生生保概念的研究，为此建立了整套系统，其中包括了多项关键技术和装置。

简单来说，就是让空间站内形成一个小型“循环生态圈”，实现一定的自给自足。

空间站再生生保关键系统的构成

除了咱们上文当中提到的电解制氧技术以外，还有再生式二氧化碳去除技术、微量有害气体去除技术、空间站水处理技术等等。

以二氧化碳去除技术为例，它的存在极为关键。因为航天员在舱内不仅需要充足的氧气，还要确保其环境内的二氧化碳浓度维持正常。

毕竟如果二氧化碳浓度在密闭的舱室当中不断增加，人就会出现诸多不适症状。

空间站内二氧化碳浓度过高也不行

我国的再生式二氧化碳去除技术采用的是分子筛吸附技术方案，主要通过吸附和解吸两条回路，来实现二氧化碳的不间断去除，将舱内二氧化碳浓度维持在标准水平之下。

此外科学家还开发出了空间站尿液的专门处理技术，主要采用了蒸气压缩的蒸馏技术。

相信随着我国宇航员的在轨时间不断延长，相关技术还会得到进一步改进和验证。

科学家发明的尿液处理装置

值得一提的是，空间站只能算是咱们探索宇宙的基础，如今之所以要这样完善空间站再生生保技术，主要就是为了未来登陆月球或者火星做准备。

毕竟当人类在那里建立起基地之后，驻扎的时间将会更长，在这种情况下，如何更高效地将人呼出的二氧化碳进行利用就显得尤为重要了。

为未来的火星基地做准备

地外二氧化碳转化利用技术

既然人类的终极目标是移民外星，那么呼出的二氧化碳就必须得到充分的利用，以满足人们的需求。而这里所说的转化主要对象依旧是氧气。

由于各类技术涉及的化学反应不一样，所以在原料需求、转化效率等方面都存在一定的差异，比如热催化二氧化碳还原技术只能帮人们得到水，无法直接获得氧气。在这种情况下，还需要独立的电解水装置辅助。

不同二氧化碳还原技术的验证结果

此外，二氧化碳转化技术不仅能制造出氧气，还能帮助人们获得甲酸、乙烯和甲烷有机分子等，这些物质作为燃料或者生物转化原料都是相当不错的！