中国宇航员怎么不用吸氧气,就可以和全国人民说话?
航天器里只是微重力,舱内是有空气的,成分与地球上的空气很接近,但氧气含量更高,氮气含量更低。
飞船上携带有压缩气瓶,进入太空后会打开气瓶让气体灌满整个舱室,航天员就可以在舱内像地球人一样呼吸。氧气主要是靠电解水来再生,能源来自空间站的太阳能电池板,水可以通过收集呼出的二氧化碳与氢气发生化学反应制取。空间站有强大的生命保障系统(LSS),以提供航天员/宇航员在航天器内生存所需的空气和水,并可以维持合适的体温与气压,还可以收集或处理代谢产生的废物。如果航天器的设备不足以维持,就需要货运飞船定期补充。
中国载人航天工程总设计师周建平院士介绍过天和空间站使用的再生生保技术。电解制氧系统可以利用循环水制取氧气,无需从地面携带氧气进入太空。在空间站舱内收集排出的二氧化碳,和电解水产生的氢气反应,也可以获得大量氧气。
SL和美国早期的航天器内部灌入的空气是纯氧,结果发生了意外。1961年3月,SL航天员瓦连京·邦达连科在一个灌入纯氧的封闭模拟舱内训练,模拟舱着火,导致瓦连京死亡。1967年阿波罗1号飞船在地面测试时电缆起火,由于舱内气体是纯氧,火势难以控制,飞船里的3名宇航员全部死亡。
出现事故之后,美S再也不敢往航天器里灌常压纯氧了,阿波罗计划后续的航天器发射时舱内空气为海平面气压,60%氧气,40%氮气。发射期间气压将会调低至5千帕斯卡,在飞往月球的头24小时内逐渐转为100%纯氧。
美国航天飞机舱内的空气是22%氧气和78%氮气。天空实验室使用72%氧气和28%氮气。礼炮号空间站与和平号空间站在93.1kPa至129 kPa的近海平面压力下使用类似空气的混合气体,含氧量为21%至40%。
空间站和潜艇一样,都需要制取氧气,但所用方式不同。
航天员不吸氧,说明太空舱不缺氧,这么简单的问题还用问吗?
人在缺氧的状态下一分钟也活不了,这是显而易见的。这问题提的让人贻笑大方。
太空舱是模拟地球生存状态而建的,太空舱里都可以种植植物,人在里面生存当然没有问题。
这个问题在科学家们建造空间站的时候早就想到了,还需要我们吃瓜群众操心吗?
氧气制作的方法有多种,这属于专业问题,在此就不多做解释了,有兴趣的话,可以网上搜索哦。
空间站舱内的空气环境跟在地面上是一样的,没必要单独挂个氧气瓶,但是失重环境还是给宇航员们的工作生活带来不小的挑战。
2021年6月17日,神舟十二号成功发射,聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天英雄顺利登入天宫空间站,这是中国宇航员首次进入自己的空间站。
6月23日,天宫空间站与地面实现首次天地通话,整个通话过程画面清晰,话音清楚,信号流畅。
三位宇航员在距离地面400公里的空间站上,像在地面一样笔直的站立着,这在失重的环境下并不容易。
随着越来越多关于空间站上的画面传回地面,人们发现除了失重以外,宇航员们的工作生活跟在地面上没有什么区别。
他们一天工作八小时,按时吃饭睡觉,可以看书、上网,还可以锻炼健身。
有些朋友可能觉得奇怪,太空上是真空环境,宇航员们怎么不用吸氧呢?空间站舱内有空气吗?宇航员与地面通话,怎么没看到挂个氧气瓶呢?
其实大部分人看到这个问题,都觉得提问者有点哗众取宠,因为这是个很简单的问题,空间站上是有空气的,宇航员不需要像潜水一样准备一套吸氧的设备。
但是很多人并不清楚,空间站上的空气成分以及占比是怎样的,氧气又是从何而来的,下面就给大家简单介绍一下。
1、空间站舱内,采用的是跟地面一样的空气比例和压强
空气对人类生存的重要性不必多言,没有空气的话,人只能存活几分钟。而且空气的作用不单单是提供氧气这么简单,空气带来的压强也是至关重要的。
正常大气压强下,水的沸点是100℃,但如果没有了空气压强,在绝对真空的环境中,水的沸点接近0℃,即使是-0.099Mpa的真空度环境中,水的沸点也只有7℃。
我们人体的温度在37℃左右,如果将人置于真空的环境中,身体上的水分会马上沸腾起来,体液很快就会流失殆尽,变成一具干尸。
早期的载人航天设备,因为火箭技术的限制,会尽可能减少探测器的发射重量,所以载人探测器采用低压纯氧环境,这样即可以减少航天器的重量,又可以为宇航员呼吸提供足够的氧气。
但是纯氧舱接二连三地发生事故,让科学家们放弃了纯氧的方案。
苏联最小的宇航员瓦连京·邦达连科,本来有希望成为最早进入太空的人,但在地面进行一项测试时意外身亡,这项测试就是舱内纯氧环境造成的,纯氧舱起火将他活活烧死,当时他只有23岁!
美国的阿波罗1号,也发生了类似事故,三名宇航员在纯氧舱内进行测试时,突发火灾牺牲了,否则他们可能会成为最早踏上月球的一批人。
后来科学教们放弃了纯氧舱的方案,因为纯氧环境下很容易发生火灾,而且一旦失火很难扑救。
到了1973年时,天空实验室采用了75%氧气和25%氮气的比例方案,但还是采用低压环境。由于宇航员需要长期在太空执行任务,这个比例的空气也不太适用。
经过多次改良之后,科学家们决定采用跟地面空气一样的方案来设置太空舱空气,也就是22%氧气与78氮气,空气压强也跟地面一样,设置为一个大气压强。
所以,现在的空间站,普遍采用跟地面一样的的空气占比和压强,只有这样才能让宇航员最大程度的适应空间站上的环境。
2、空间站内的氧气,靠电解水来循环使用
宇航员在空间站上执行任务,需要至少几个月甚至超过半年的时间,我国三位宇航员需要完成为期三个月的太空任务。
所以必须要提供足够的食物、水源和空气等必备物资,才能保证宇航员长期在空间站上工作生活。
2021年5月29日,在神舟十二号发射之前,天舟二号就已经将重达6.64吨的物资运送到天宫空间站了,其中包括1.95吨推进剂和4.69吨工作生活用物资。
空间站上的空气是通过压缩氧气和氮气的压力罐运送上去的,整个空间站舱内是全封闭的,不会有空气泄露到舱外。
但是宇航员每天在空间站上生活,每时每刻都在吸进氧气,呼出二氧化碳,这样氧气就会越来越少,如果依靠地面发射补给船补给氧气,显然是不现实的。
其实空间站上的氧气,是靠电解水而来的,一升水可以完全电解可以生成大约620升氧气,而一个人一天呼吸所需的氧气才550升。
也就是说在天宫空间站上,每天电解不到三升的水,就足够三名宇航员呼吸一天的新鲜氧气了。
但是空间站上的水也是很珍贵的,提供三个月的电解水也不是个小数目。这一点科学教们早就想到了,所以空间站上的空气要循环使用。
水杯电解之后,生成氧气和氢气,氧气供宇航员们呼吸,但氢气也不会浪费,而是收集起来。
然后使用催化剂,在专业设备的辅助下,与宇航员呼出的二氧化碳发生反应,再次生成水,只有少量的氨气会作为废气排放掉,这样就实现了氧气的循环利用。
这种循环利用不仅体现在氧气方面,空间站上的水资源一样是循环使用的。
水的循环利用更加让人难以想象,因为宇航员身上的汗液,甚至方便时产生的尿液,都会经过净化后重新使用。
当然了,地面供应氧气和水资源是不可或缺的,因为氧气和水的重复利用率还无法达到100%,总是会有些损耗。
氧气的供应就通过运送加压氧气罐的方式提供,也可以运送可以生成氧气的固体化学原料,在催化剂的作用下生成氧气。
总之,空间站上最宝贵的两种资源氧气和水,一部分从地面运送至太空,而大部分情况下,是靠着空间站的循环系统重复使用。
3、航员在空间站不仅可以正常呼吸,还可以睡觉、洗澡、锻炼身体!
宇航员在空间站上,不仅可以像在地面上一样呼吸,他们在生活上的很多方面,都跟在地面上类似。
比如睡觉,天宫空间站上有专门的“卧室”提供给宇航员,他们可以拥有自己私密空间,睡觉时可以“熄灯”,把卧室的光线调节到适合睡眠的亮度。
只是宇航员不能像在地面一样“躺着睡”,这是失重环境造成的,他们只能将睡袋固定起来,漂浮在“卧室”里睡觉。
空间站上还有锻炼设备,宇航员们必须坚持一定程度的锻炼,因为失重环境会造成他们肌肉萎缩、骨质流失,他们只有通过锻炼才能缓解肌肉萎缩的程度。
我国的三位宇航员,在天宫空间站上采用的是八小时工作制,工作完以后他们可以休闲娱乐,每周还有一天自由支配的时间。
不过宇航员们洗澡和上厕所就不太方便了,空间站上洗澡没办法淋浴,只能将毛巾喷湿,然后擦拭身体。
上厕所的话需要马桶上的负压设备辅助,否则排泄物会飘浮在舱内,那场景不太好看。
总而言之
宇航员在空间站失重的环境下,工作生活的很多方面都跟在地面不同。
但是空间站上有完整的生命保障系统,确保宇航员能够正常工作生活,舱内设计上也尽量接近地面,让宇航员尽可能适应太空的环境,这样才能更好的完成任务。
最后致敬伟大的航天英雄,是他们在为了全人类的航天事业做出巨大奉献。
同时预祝我国的三位航天英雄,能够圆满完成任务,凯旋而归!
原因是中国宇航员所在的空间站属于密封加压舱,舱室内充满了可供呼吸的空气,且气压能维持在0.9个标准大气压,所以不论是说话还是行动都不需要戴呼吸面罩吸氧。
什么是“密封加压舱”呢?这就得从第二次世界大战说起了,人类很早很早以前就发明了飞机,并且将它投入到战争中。
但是许多问题也随着飞机技术的发展而逐渐暴露,其中制约飞机性能发展的最突出的问题就是气压。
我们都知道,人类最适宜生存的环境大气压为1个标准大气压,即101325帕,当海拔升高时,大气压就会下降,大约每升高10米,大气压下降100帕。
当海拔上升到3000米时,大气压将会下降至70957帕,相当于0.68个标准大气压,在这样的环境里,空气开始变得稀薄,含氧量非常低,气温也明显下降。
当海拔达到5000米时,大气压值就只有54004帕了,这时候空气含氧量下降8%,气温下降至-5℃,人类很难在这样的环境中生存。
下图为结冰的商务飞机机翼,由于普通客机的巡航高度通常达到了7000米~10000米高空,如此之高的海拔气温已经降到了-20℃,如果不为舱室加压,机舱内的人员很快就会在缺氧的低温下丧命,这也是客机不为乘客配备降落伞的原因,如果在没有防护的情况下从高空中跳伞,那么刚跳出舱门就会被冻成冰雕了。
这就意味着5000米就是当时飞机的最大升高极限,一旦突破这个极限,操作飞机的飞行员就会因缺氧和低温产生生命危险,这也是二战时期不管地面有多热飞行员们总是要穿着厚实的皮衣的原因。
如何才能让飞机飞得更高呢?解决这个问题的方法当然要从气压着手,为了让飞行员们摆脱气压影响,密封加压舱问世了。
所谓的“密封加压舱”指的是通过向一个密闭的空间里填充空气,使这个空间里的大气压始终接近地面大气压值。
这样一来,身处密封加压舱里的飞行员就不再受到高海拔的制约,飞机想飞多高就能飞多高了。
密封加压舱技术率先在美制B-29轰炸机上实现实用化,这也使得该型轰炸机能在10000米的高空中飞行,战斗机无法对其进行拦截,高射炮也很难打这么高。
二战结束后,密封加压舱技术被应用到商业运营飞机上,客机得以实现洲际飞行,采用密封加压舱技术+抗负荷服技术的高空侦察机甚至能在30000米的超高空中巡航飞行。
下图为B-29轰炸机的驾驶舱,由于采用了密封加压舱技术,飞行员具备了穿着短袖驾驶飞机的条件,不再需要穿着厚重的防寒服升空。
当人类开始探索载人航天技术后,解决宇航员在真空环境中生存问题的方法同样需要密封加压舱技术,因此不论是宇宙飞船还是空间站,它们的本质就是一个密封加压舱,这一点与客机、轰炸机、战斗机的密封加压舱并无区别。
那么问题就来了:同样是密封加压舱,为什么战斗机的飞行员需要佩戴氧气罩吸氧,而国际空间站的宇航员却不用呢?
答案与过载有关,所谓“过载”指的是作用在飞机上的空气动力和发动机推力的合力与飞机重力之比。
当飞行员驾驶战斗机做出高机动战术动作时,飞行员就会承受相应的过载值,过载值越大,对飞行员的身体影响就越大。
当高机动中的飞机所产生巨大离心力时,过载就会作用在飞行员身体上,血液循环就会失衡,引起脑供血不足,造成飞行员灰视甚至是黑视,最后导致飞行员短暂晕厥。
为了解决这个问题,战斗机飞行员除了要穿着抗负荷服以外,还要吸入纯氧以确保在脑供血不足时保持大脑清醒,大脑缺氧而晕厥。
很显然失重状态下的空间站并不存在过载问题,宇航员漂浮在充满空气的密封加压舱内并不会出现脑供血不足现象,因此不用带着氧气罩吸氧也能自由行动,其中自然就包括说话了。
这个答案同时也解释了为什么空间站不能像科幻片里那样通过高速旋转产生的离心力来模拟重力的原因,如果真的用这样的方式来模拟重力,那么宇航员可真的就需要像飞行员那样穿抗负荷服、戴氧气罩吸氧了。
下图为我军金头盔飞行员正在带着氧气罩用无线电和手势与僚机交流,做空战前的战术安排。战斗机在开展空战时往往要做很大强度的机动动作,如果不为飞行员供氧,那么飞行员就会在空战中晕厥。
空间站需要运行跟久,源源不断的氧气居然跟尿液有关,看完太佩服了!
宇航员跟地面之所以能够通话,而且不用吸氧气,是因为空间站里本身就有氧气的,既然宇航员是在空间站的内部,就能自由自在的呼吸了,何必还要戴上氧气罩呢?
宇航员在舱内跟舱外活动时,所穿的服装是不同的,他们在舱内的时候,甚至不用穿宇航服,穿一些轻薄的短袖短裤都可以,因为太空船的内部是有氧气的,不然的话宇航员怎么生存?
但是在出舱活动的时候,必须穿上特制的舱外宇航服,因为外面是近乎接近完美的真空,虽然不完全是真空,但也是没有氧气的,其次还有各种危险的太空辐射,所以必须穿上造价高昂的舱外宇航服,宇航服不但能够抵挡一些射线,还能够给宇航员提供充足的氧气,有些甚至有八小时的氧气含量
宇航员如何做到天地通话,为啥没有卡顿?
最让我感到好奇的是,宇航员是如何做到跟地面顺利的通话的,而且在进行视频通话的时候,还没有出现卡断
在跟地面进行通话时,首先要进行一系列的准备,比如宇航员要采用交互软件,还要戴上数据手套,操作机械臂对终端系统进行控制
现在航天员跟地面通话,音质画面都得到了很大的提升,基本上不会出现卡顿,在我国空间站天和核心舱上,配置了十多台有线和无线网络的摄像机,除此之外,还有pad、蓝牙耳机、手机、电脑等等,这些设备都能做为网络终端
而且我国还研发了中继卫星天链二号01星,通过这一套设备,天地之间的通话效率就提升了很多,而且我国空间站的天地带宽速率还要高于国际空间站
虽然宇航员身处遥远的太空,也可以通过上面的一个话音处理器,实现跟他人的私聊
空间站上的氧气来自哪里啊?
(1)地面的补给
我们都知道太空中是没有氧气的,宇航员到了那里,肯定需要空气才能存活,那么,他们呼吸的氧气到底来自哪里呢?
首先,在飞船发射的时候,就可以携带大量的氧气上去,从而保证他们的日常呼吸
就算这些氧气用完了,也有专门的货运飞船进行物资的补给,比如国际空间站上就有,俄罗斯的“进步号”飞船,还有欧洲的自动货运飞船,国际空间站需要长期的在轨运行,所以需要这些货运飞船来进行物资、消耗品和其他设备、还有维修设备的运输
除此之外,货运飞船还有一个特别重要的作用,人们长期生活在国际空间站,肯定会产生许多的垃圾,有一些废弃的物品,那么就需要货运飞船收集起来,然后进入大气层烧毁
货运飞船还要运送气体,来维持空间站的舱压,从而保证空间站能长够维持一定的压力
俄罗斯的进步号能够飞行四天,可以运送1.3吨的货物,除此之外,还有日本、欧洲的飞船会对国际空间站进行物资的补给,日本飞船更多的是承担实验设备和食品的运输
地球上有许多的空气,但是氧气的含量并不高,大约占到了28%,那么,人们首先要在地面提取纯氧,然后装进高压的氧气瓶,然后直接运输到空间站,到了空间站之后,再经过大气装置的处理,混合合适比例的氮气,才能够使用,因为纯氧是特别危险的
(2)电解水制氧
除了物资和设备,其实氧气是可以在太空船上自己制作的,如果每次用完了,都要让货运飞船来运输的话,不但增加运营的成本,还面临着高风险
那么,除了地球补给之外,空间站的宇航员也可以通过电解水的方式来制作氧气,我们在初中的化学课上都学过,电流经过水,水就会分解为氢气和氧气,因为水的化学方程式就是h2o,H表示氢气,O代表的就是氧气,所以只要有了电跟水,就能够还原出氧气了
说到这里,有的人或许会问,那空间站上的水也喝完了,又怎么办呢?其实也不用过于担心,这些科学家早就想到了,他们设计出了非常先进的通用废物管理系统,能够将人体的尿液、汗液、还有洗脸水以及其他废水,进行回收二次处理,处理之后的水能够直接饮用,也能够电解制氧
写在最后
就是因为有了科学家的存在,很多问题都得到了解决,通过电解制氧,从而能保证空间站长期地运行下去,宇航员甚至能在上面待个一年半载,所以我们不得不佩服科学家聪明的大脑,只有他们不断的研究,人类的科技也才能不断地进步