安装在国际空间站的俄罗斯制氧机Elektron
氧气的制备可以通过电解水加以解决,相比之下,二氧化碳的过滤则要麻烦得多。对于人类来说,我们呼出的二氧化碳气体、水气,以及通过肠道和皮肤排放到空气中的氨气、丙酮、甲醇、微生物等都是有害的,需要从空气中过滤并清除。
在阿波罗飞船以及其它大多数载人飞船里,会利用氢氧化锂或过氧化锂来过滤空气中的二氧化碳气体,其化学反应过程如下:
2LiOH CO₂→Li₂CO₃ H₂O
2Li₂O₂ 2CO₂ →2Li₂CO₃ O₂
阿波罗13号上的二氧化碳过滤装置
相比于段时间飞行的宇宙飞船而言,国际空间站上用于过滤二氧化碳和有害气体的装置则要复杂得多,这套被称为CDRA的二氧化碳清除组件采用了热胺洗涤的原理,它非常高效,也更加昂贵和费电。
CDRA利用将包括单乙醇胺在内的各种胺制成分子筛,冷却的胺会在二氧化碳分子通过时与其发生化学反应,吸收二氧化碳,这个过程被称为“胺洗涤”;而在加热时,反应是可逆的:
CO₂ 2HOCH₂CH₂NH₂ ↔HOCH₂CH₂NH₃ ⁺ HOCH₂CH₂NHCO₂ ⁻
安装在ISS节点3宁静舱里的CDRA单元
尽管胺洗涤法清除二氧化碳所采用的设备极其昂贵,但由于它的反应过程可逆,这意味着胺在相当长时间内可以重复使用,不需要补充原料。这节省了运输成本,也使维护变得容易,还提高了安全性。
国际空间站的CDRA装置安装在欧洲航天局制造的宁静舱里,它位于国际空间站的节点3位置,可以说这里不仅是宇航员的厕所、运动场所、观察地球的窗口,还是整个国际空间站空气循环和生命保障系统的核心部分。
宁静舱位于节点3位置
总结:为了生存,人类每时每刻都需要呼吸,一刻都不能离开氧气,而我们呼出的二氧化碳如果在空气中累积会有害健康,甚至是致命的。
与在地面不同,在茫茫太空探索宇宙的过程中,宇航员需要依赖科学的方法才能轻松地呼吸空气。科学家通过电解水的办法为宇航员提供氧气,同时通过各种化学反应过滤和消除二氧化碳和其它有害气体。
未来的某一天,我们终将跳出地球的摇篮,飞往遥远深空去探索宇宙,这个过程将极其艰难。无论遇到多少困难,科学始终在顽强前行。精心计划、精心设计以及精心打造的硬件设备会将宇宙航行的风险降到最低,从而使宇航员能够轻松地呼吸。