工厂天然气耗量估算,工厂天然气使用管理制度

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2022年10月,《中国日报》公布了神舟十四号航天员机组拍摄的最新作品,展示了他们从高空俯瞰中国时的场景。如今,三名宇航员已经在空间站停留了四个多月,距离完成任务并顺利返回已经不远了。

宇航员在空间站拍摄的黄河口照片

而如今宇航员在轨道上的日子,人们对他们的生活非常好奇,比如宇航员在太空中如何洗澡洗头,如何上厕所等等。当然,其中最关键的还是他们的呼吸题。

据悉,三名宇航员每天呼吸需要约1650升氧气,因此执行180天的任务需要297000升氧气。这显然不是一个小数字。

这么多氧气是从地面输送上去的吗?

神舟十四号三名航天员

今天我们就来看看空间站里的氧气是从哪里来的。

空间站的氧气从哪里来?

生活在地面上的人们很难注意到氧气,因为它几乎无处不在。

然而,密闭的太空舱内没有植物,无法进行光合作用。人们呼出的二氧化碳可以被吸收利用,形成稳定的供氧环境。所以,为了宇航员的安全,科学家们为制氧操碎了心。

植物的光合作用可以产生氧气

我们先来了解一下为什么说三名宇航员每天需要约1650升氧气,以及这是如何估算的。

摄氧量是人体组织吸收氧气的量。据悉,正常情况下,一个休息的成年人每分钟大约呼吸7至8升空气,一天24小时总共需要11万升空气。

根据人体吸入和呼出的气体中氧气的比例计算,吸入的空气中的氧气含量约为21%,呼出的气体中的氧气含量约为16%。因此,成人每次呼吸消耗的纯氧量约为空气的5倍。

人体呼吸消耗大量氧气

这样算来,一名宇航员至少需要550升左右的纯氧才能在空间站上正常生活。而三名宇航员每天至少需要约1650升氧气。

由于神舟十三号、神舟十四号航天员在轨运行时间长达180天,累计耗氧量仍然非常高。在这种情况下,传统航天飞机的供氧装置就不适用了。

一般来说,空间站的氧气来源主要有三种,即氧气发生器、高压氧气瓶和固体燃料氧气发生器。

宇航员在轨道上度过的时间越来越多

首先,制氧机指的是制氧机。该机将通过电解水成功分离水中的氢和氧元素,进而产生氧气。

从空间站和我国空间站的反馈来看,电解氧是目前公认最合理的空间站供氧技术,而俄罗斯早在1986年建造和平号空间站时就已经进行了相关验证。

电解制氧装置主要包括电解芯、氢水/氧水静态水气分离器、储能水箱、循环泵、氢氧压力平衡阀等部件,各国制造方式不同。

美国空间站电解制氧装置结构

例如,空间站上的美国电解制氧机就采用了固体聚合物电解质水电解和动态水蒸气分离的技术方案。

至于我国电解制氧机的研究时间,略落后于美国和俄罗斯,真正开始于20世纪90年代。

在科学家的努力下,该装置于2006年完成了为3人连续供氧62天的验证试验。并历时6年,顺利完成在轨飞行验证。

电解制氧装置基本原理

另外,电解氧的产氧性能也非常强大。一升水可电解约622升氧气,可以满足宇航员的基本氧气需求。

当然,如果180天的任务所需的水全部通过空运的话,那就很麻烦了,所以空间站上还设有回收系统。

例如,宇航员呼出的水蒸气可以通过冷凝装置回收,他们的尿液可以通过环境控制和生命维持系统回收。在这种充分循环利用的情况下,空间站内的水源可以得到及时补充,在其中形成良好的循环。

空间站有回收“废水”的设备

二是高压氧气瓶。这些基本上都是通过快递源源不断地送到空间站的。由于它们的安全性不够强,而且重量太重,所以空间站里只会储存少量以备不时之需。

毕竟宇航员在空间站里随身携带氧气瓶就太糟糕了。

空间站备用高压氧气瓶

最后,还有固体燃料氧气发生器,这是通过化学反应产生氧气的装置。空间站的固体燃料制氧机最初安装在Zvezda服务舱中。

据悉,油箱内装有粉末状氯酸钠和铁粉。当铁粉遇到600摄氏度的高温时,就会开始“燃烧”并提供热量。紧接着,其中的氯酸钠即可分解为氯化钠和氧气。

据资料显示,每公斤氯酸钠和铁粉的混合物通过发生器可以提供65人/小时的氧气,俄罗斯也已采用这种方法生产氧气。

空间站还设有固体燃料氧气发生器

可见空间站的氧气来源是非常充足的,我们不需要担心。而为了实现长期载人飞行,科学家们已经开始研发再生寿险关键技术。

中国空间站再生生命防护关键技术研究

20世纪80年代以来,在国家863计划的支持下,我国开始开展再生寿险概念的研究。为此,已经建立了完整的体系,包括多项关键技术和装置。

简单来说,就是在空间站内形成一个小型的“循环生态系统”,实现一定程度的自给自足。

空间站再生生命保障关键系统组成

除了我们上面提到的电解制氧技术之外,还有再生式二氧化碳去除技术、微量有害气体去除技术、空间站水处理技术等等。

就二氧化碳去除技术而言,它的存在至关重要。因为宇航员不仅需要舱内有充足的氧气,还要保证其环境中二氧化碳的浓度保持正常。

毕竟,如果在密闭的舱内二氧化碳浓度继续升高,人们就会出现很多不适的症状。

空间站内二氧化碳浓度过高

我国再生式二氧化碳脱除技术采用分子筛吸附技术方案,主要通过吸附和解吸两个循环实现不间断脱除二氧化碳,保持舱内二氧化碳浓度低于标准水平。

此外,科学家还开发了空间站尿液的特殊处理技术,主要采用蒸气压缩蒸馏技术。

相信随着中国航天员在轨时间的不断延长,相关技术将得到进一步完善和验证。

科学家发明尿液处理装置

值得一提的是,空间站只能算是我们探索宇宙的基础。空间站再生生命保障技术之所以如此改进,主要是为未来登陆月或者火星做准备。

毕竟,当人类在那里建立基地后,他们会停留更长时间。在这种情况下,如何更高效地利用人类呼出的二氧化碳就显得尤为重要。

为未来的火星基地做准备

地外二氧化碳转化利用技术

由于人类的最终目标是移民到外星人,因此呼出的二氧化碳必须得到充分利用才能满足人们的需求。这里所说的转化的主要对象仍然是氧气。

由于各种技术涉及的化学反应不同,因此原料要求和转化效率存在一定差异。例如,热催化二氧化碳还原技术只能帮助人们获得水,而不能直接获得氧气。在这种情况下,还需要独立的水电解装置。

不同二氧化碳减排技术的验证结果

此外,二氧化碳转化技术不仅可以产生氧气,还可以帮助人们获得甲酸、乙烯和甲烷有机分子等,这些物质作为燃料或生物转化原料是相当不错的!


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