很多人以为航天员在太空长期生活,全靠一大堆氧气罐撑着,其实这个认知完全不对。
天宫空间站里支撑航天员半年甚至更久驻留的核心底气,是一套能把人体代谢废物循环转化出水和氧气的再生式环控生保系统,氧气罐只留作应急备用,真正的生存供给全靠站内闭环循环。
不少普通大众对太空生存存在固有误区,总觉得真空环境下想要持续供氧,只能依靠提前灌装的高压氧气罐。
简单算一笔现实的账就能明白这条路走不通,三名航天员在轨半年时间,整体耗氧总量接近三十万升,要是全部压缩装进钢瓶,需要数千个罐体才能承载。
这么多氧气罐不仅会占用货运飞船绝大部分运载空间,高压气体上天还存在极大安全隐患,微小磕碰或是温度变化都有可能引发危险,从工程成本、运载效率和安全层面,单纯依靠氧气罐长期驻留完全不具备可行性。
我国早期短时间载人飞行任务,神舟飞船采用的就是携带式补给方案,氧气、饮用水全部从地面运送,飞行时长被严格限制在几天之内,根本无法支撑半年级别的在轨驻留,想要搭建长期有人值守的空间站,就必须研发可以自主循环资源的生命保障设备。
这套再生式环控生保系统,相当于在太空密闭舱体内复刻了地球基础生态循环,整套设备拆分六大协同工作的子系统,全程依靠物理与化学反应完成气体、水资源的回收再造,全程不需要持续消耗地面补给的耗材,也是天宫空间站能够稳定接纳多批次乘组长期工作生活的核心支撑。
航天员每一次呼吸呼出的二氧化碳,会先被专用吸附设备集中收集,这套设备依靠分子筛材料捕捉舱内多余碳气,避免舱内二氧化碳浓度超标影响人体健康,收集完成的二氧化碳不会直接排放到太空,而是送入还原子系统进行二次转化。
与此同时,空间站温湿度控制系统会持续捕捉空气中的冷凝水汽,航天员日常产生的尿液、洗漱废水也会全部流入收集装置,所有含水分的废弃液体统一进入多层净化流程,先通过低压蒸馏去除杂质,再经过多级过滤、杀菌处理,最终产出符合直饮标准的纯净水。
净化完成的再生水分成两条使用路径,一部分直接供给航天员日常饮用、清洁使用,另一部分输送到电解制氧机柜,依靠空间站太阳能供电完成水电解反应,水分拆解成氢气和氧气,生成的氧气直接释放到舱内维持适宜呼吸环境,产出的氢气则输送至二氧化碳还原设备,和收集到的人体废气发生化学反应,再次生成全新的水资源,完整形成闭环流转链条。
整套循环流程不存在资源浪费,人体代谢产生的废气废水全部回收再利用,官方在轨实测数据显示,这套系统能够实现站内氧气百分之百自给自足,水资源整体闭合利用率稳定在百分之九十以上,二氧化碳还原系统启动运行后,水回收比例还能提升至百分之九十六,每年能为空间站减少六吨以上物资上行运输压力。
日常在轨运行过程中,再生循环设备全程自动调控运行参数,适配两到六名航天员同时驻留的不同工况,产氧、净水效率会根据舱内人数自动调整,全程不需要航天员手动持续操作,只需要定期简单巡检设备状态,保障机器稳定运转即可。
很多人会疑惑,既然循环系统可以自主造氧,空间站为什么还要配备氧气罐,这里需要区分主次功能,高压氧瓶从来都不是日常供氧主力,只承担应急备份作用。
一旦循环制氧设备进入检修维护阶段,或是出现临时故障,备用氧气罐会立刻启动临时供氧,双重冗余设计从根源杜绝缺氧风险,两套供给渠道互相兜底,最大程度保障航天员生命安全,相当于给太空生存上了双重保险。
这套自主可控的再生生保技术,标志着我国载人航天从短期短途飞行,正式迈入长期在轨驻留的新阶段,放眼全球,能够完整掌握全套物化再生闭环生保技术的国家屈指可数,相关核心设备、反应材料、控制算法全部由国内科研团队自主攻关研发,不存在外部技术依赖。
从神舟十二号乘组入驻天宫开始,这套系统已经连续稳定运行上千天,顺利保障十余批航天员半年周期驻留任务,全程没有出现资源供给短缺的情况,航天员日常饮用、呼吸所需全部依靠站内循环产出,货运飞船上行物资里,几乎不用预留空间运输氧气,只需要补充少量食品、耗材,运载空间得到极大释放。
放在载人航天长远发展的角度来看,这套循环系统的价值远不止服务现有空间站,未来载人登月、深空探测任务,都需要依托同类闭环再生技术,减少对地物资补给依赖,这套在天宫成熟验证的设备,已经为后续深空载人探索打下扎实的技术基础。
大众之所以会产生氧气罐供氧的固有印象,大多是受影视化作品误导,影视作品为简化剧情,直接使用气瓶作为太空供氧载体,和真实航天工程逻辑存在巨大偏差,真实太空长期驻留的底气,从来不是成堆的高压气罐,而是这套能够生生不息循环再生的生命保障系统,每一滴回收的水、每一份再造的氧气,都是无数航天科研人员打磨出的硬核航天实力。
