電解水是在國際空間站上制造氧氣的主要方法。電解是指通過使電流通過而使含有離子的液體或溶液化學分解。因此,水的電解就是將水分解成氫和氧的成分的過程的名稱。水回收系統是制造氧氣系統的組成部分,該系統通過回收乘員的尿液,汗水,機艙中的其他冷凝物以及由于額外的活動而產生的廢物來提供清潔的水。
收集的水經過嚴格的測試,因此十分純凈,可以再利用以支持船員,實驗動物,和有效載荷活動的日常需求。然后,這些水用于進行電解并產生可呼吸的空氣,以維持船上的生命。加壓氧氣罐在合成可呼吸氧氣(即電解)的主要方法下提供了備用氧氣。無人貨船攜帶這些氧氣罐,并將其運送到空間站。這些加壓氧氣罐被存放在空間站,并在必要時使用。
機組人員還可以通過點燃由高氯酸鋰組成的SFOG(固體燃料氧氣產生)罐來化學產生氧氣,每個罐可以為機組人員提供有限的氧氣。科學家還在考慮回收氣體的方法,除了呼出的CO 2之外,人們還排放少量其他氣體。腸中產生甲烷和二氧化碳,而汗液中的尿素分解則產生氨。人們還會在尿液和呼吸中釋放出丙酮,甲醇和一氧化碳,它們是新陳代謝的副產品。
每個水分子包含兩個氫原子和一個氧原子,在水中通過電流會導致這些原子分離并重組為氫氣和氧氣。人們在地球上呼吸的氧氣也來自水的分解,但這不是機械過程。植物,藻類,藍細菌和浮游植物都將水分子分解,作為光合作用的一部分,該過程將陽光、二氧化碳和水轉化為食糖。氫氣用于制糖,氧氣則釋放到大氣中。
宇航員如何在太空中獲得可以呼吸的氧氣(在國際空間站上)
1、氧氣瓶攜帶氧氣
例如美國的天空實驗室,純氧。
2、固體氧氣發生器
用堿金屬過氧化合物等化學物質釋放氧氣,同時吸收排放的二氧化碳(國際空間站由于偶爾會發生太陽能電池板故障,無法給電解水提供足夠能源,會采用這種方式供氧)。
3、電解水
通過吸收站內空氣中的水蒸氣、宇航員尿液汗液等,進行電解產生氧氣。美國的天空實驗室、中國的天宮一號太空站,和平號空間站早期,都有采用電解水制氧,氫氣可以進行回收參與燃料電池工作,化學反應生電并且生成水。
太空空間站的特點
空間站特點是體積比較大、結構復雜,在軌道飛行時間較長,有多種功能,能開展的太空科研項目也多而廣。
空間站的特點之一是經濟性。例如,所有的空間站都不具有返回地面的功能而是在太空接納航天員進行實驗,可以使載人飛船成為只運送航天員的工具,從而簡化了空間站的結構,既能降低其工程設計難度,又可減少航天費用。
另外,空間站在運行時可載人,也可不載人,只要航天員啟動并調試后它可照常進行工作,定時檢查,到時就能取得成果。這樣能縮短航天員在太空的時間,減少許多消費,當空間站發生故障時可以在太空中維修、換件,延長航天器的壽命。
增加使用期也能減少航天費用。因為空間站能長期(數個月或數年)的飛行,故保證了太空科研工作的連續性和深入性,這對研究的逐步深化和提高科研質量有重要作用。
太空空間站中,宇航員呼吸的氧氣是通過兩種方式產生的。第一種是直接攜帶地面氧氣罐,第二種則是通過空間站內的化學反應生成。
一、空間站中的空氣
太空空間站中可提供人們呼吸的氧氣含量可以說是幾乎沒有,但是為了保障宇航員在站內的工作順利進行及外出出艙后維持活動,科學家們想到將地面氧氣裝在密封儲存罐里帶上太空站。謝如今在太空占中空氣的來源有兩種,一種是用特殊的藍色罐子直接攜帶地球上的氧氣和混合的二氧化碳。第二種則是在空間站中通過化學反應產生的氣體。
二、液壓式空氣
早期空間站中的空氣是由氧氣與惰性氣體進行混合液壓在藍色的氣體罐中帶上空間站。也就是說人們在空間站中所呼吸的空氣是循環利用的。不過在這空氣中也參加了5%的二氧化碳成分,用于刺激人體的中樞神經。這種液壓式空氣的儲存量較小,增加飛行器的重量不利于長期使用。在循環式呼吸的空氣中代謝的廢氣無法排出,對身體健康也是個不小的威脅。
三、化學反應制氣
目前我們所使用的主要方式是化學反應來制“氣”。主要是通過吸收空間站當中空氣的水蒸氣與宇航員排出的液體進行電解產生新的氣體。其中氧氣可以供人們呼吸,氫氣則可以直接排到太空艙外,這種方法在一定程度上可以緩解空氣污染,被排出的氫氣也可當作太陽能發電的輔助氣體。 隨著新技術的發展,分子篩技術已經成為如今循環氣體的主要方法。可以通過這一系統對呼吸所代謝出的廢氣進行有氧化過濾。利用超氧化鉀反應產生呼吸必需的物質,實現氧氣的循環供應。
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