空间站是如何净化舱内空气的？这个系统发挥了重要作用

太空环境下的空气净化：中国空间站的黑科技之秘

太空生活舒适度恐怕是每个航天员的梦想

从 2023 年天和核心舱发射开始，先后有 7 支航天员乘组共 21 人次前往中国空间站执行任务。作为一个真正意义上的"太空之家"，空间站内部环境的控制可谓是关乎航天员生存和生活质量的关键所在。对于这些勇敢的太空探索者如何在飘浮的异星球上呼吸到清新空气、喝上干净水，无疑是他们最大的心愿。

舱内有害气体"治理"的重中之重

与短期飞行任务相比，空间站的在轨任务时间更长，对舱内环境指标的要求也更加严格。长期在真空环境下生活，可能会对航天员产生较为明显的毒性积累效应,甚至还会对精密设备造成腐蚀。这些潜在的危害因素,都需要通过科学的环境控制手段来加以解决。

究其根源,空间站舱内的有害气体主要来自于以下几个方面:人体代谢排放、舱体材料和货物释放、设备老化等原因释气、生活用品排放,以及一些意外情况下发生的火灾等。随着各项实验任务的逐步开展,舱内有害气体的成分也日趋复杂,因此对其进行有效管控显得尤为重要。

环控生保系统:空气净化的"神奇黑科技"

为了应对这些挑战,中国空间站采用了一套名为"环境控制与生命保障系统"(简称"环控生保系统")的先进技术。这个系统的主要功能就是在航天器内部营造和维持类似地面的舒适环境条件,确保航天员在轨生存。在这个过程中,各种有害气体也会随着物质循环在系统内部迁移流转。

关键技术一:CO2去除系统

作为环控生保系统的核心部件之一,CO2 去除子系统的主要职责是去除由航天员呼吸代谢产生的二氧化碳,将其浓度控制在医学要求范围内。它的工作原理是利用 5A 分子筛对 CO2 气体的选择吸附特性,通过热真空条件实现材料的脱附再生。

关键技术二:微量有害气体去除子系统

除了 CO2 外,空间站舱内还存在各种来源复杂的微量有害气体。针对这一问题,环控生保系统配备了专门的微量有害气体去除子系统,通过物理吸附、化学吸附和催化氧化等综合手段,有效清除了舱内的有害成分。

这个系统在设计过程中,充分考虑了空间站舱内有害气体的种类、医学指标要求,以及各类去除技术的特点,确定了合理的有害气体负荷模型,从而有针对性地进行净化处理。

关键技术三:其他辅助子系统

除了主要的 CO2 去除和微量有害气体去除功能外,环控生保系统还涉及一些辅助子系统,如温湿度控制、水处理等。这些子系统在整体系统中发挥着重要作用,共同确保了空间站内部环境的全面净化。

比如,温湿度控制子系统可以通过冷凝除湿的方式,将航天员呼出的水汽和一些有害气体凝结成水,最终经过水处理子系统进行深度净化。此外,微生物净化器也在一定程度上参与了有害气体的去除。

系统协调配合,共同维护"太空之家"

综合来看,环控生保系统采用了一体化的治理措施,通过各个子系统之间的精密配合,实现了空间站舱内空气质量的全方位管控。从 CO2 浓度调控、微量有害气体去除,到湿度调节、微生物控制,环控生保系统 "一条龙"的运行模式,为航天员创造了一个清新舒适的工作生活环境。

根据在轨验证的结果显示,经过各种净化处理后,空间站舱内的微量有害气体浓度都远低于相关标准,整体上满足了医学指标要求。这不仅保障了航天员的身体健康,也为空间站的长期稳定运行奠定了坚实的基础。

"太空之家"的运行管理:更多挑战与隐忧

然而,即便拥有了如此强大的环境控制能力,在实际运行过程中,中国空间站的空气净化工作也并非一帆风顺。

首先,随着任务时间的推移和实验项目的不断丰富,舱内有害气体来源会越来越复杂,对系统的处理能力提出了更高要求。其次,系统各个子系统之间的协调配合也需要精细管理,一旦出现故障或失衡,就可能会造成严重后果。再者,由于空间站的资源有限,对系统的能源消耗、空间占用以及质量负担等各方面都提出了更加苛刻的限制条件。

此外,地面支持单位在监控和应急处置等方面也承担着重大责任。一旦出现重大故障或紧急事件,如何快速作出正确判断和应对措施,也是环控生保系统管理中的一大挑战。

尽管目前中国空间站的空气净化指标都在良好水平,但未来在长期运行中如何应对各种复杂因素,确保航天员的生存环境质量,依然是一个值得高度关注的重点问题。

乘风破浪,续写空间探索新篇章

中国空间站的环境控制与生命保障系统无疑是一项技术含量极高、创新性强的"黑科技"。它通过 CO2 去除、有害气体过滤、水汽凝结等多种手段,营造出了一个与地面相媲美的舒适生存空间,为航天员创造了宜居的"太空之家"。

这些先进的环境控制技术不仅在空间应用中发挥重要作用,未来在地面上的应用前景也会越来越广阔。比如,在一些极端环境下,如深海、极地,甚至是未来的月球或火星基站,这套系统都可能成为维持人类生存的关键所在。

正是依靠着一代代航天工程师的不懈努力,中国的航天事业才一路高歌猛进,不断创造着新的奇迹。我相信,在未来的日子里,这支勇敢的太空探索者定会继续乘风破浪,续写更加辉煌的篇章。让我们一起期待,太空科技为人类未来的生存与发展,带来更多惊喜和希望!

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