电解水制造氧气如果没有氧气大多数人只能生存几分钟,如果氧气的浓度过低人就会出现疲劳及头晕的症状.美国国家航空航天局的佩里说:“空间站里氧气主要来自电解水,并且用高压密闭罐来储存.”电解水所消耗的电力由空间站的太阳能电池板提供.一个水分子包含两个氢原子和一个氧原子,当水分子被电解时水分子就裂解成氢原子和氧原子,氢原子和氧原子再重新结合成氧分子和氢分子.在地球上人们呼吸的氧气实质上也是来源于水的分解,不过它是通过地球上的植物、海藻、一些浮游植物的光合作用来分解水分子.在光合作用中,植物吸收二氧化碳,释放出氧气并产生葡萄糖.光合作用中产生的氢参与了糖的生成,氧气则释放到大气中了.所以如果人类能够掌握植物制造氧气的方法其意义无疑是深远的,植物在光合作用的过程中产生的副产品对于我们来说就是食物(糖,糖是维持生命活动的重要物质).植物光合作用的过程非常精妙,这也是生命活动的特点之一.电解水产生的氢气可以和宇航员所产生的二氧化碳进行反应,生成水和甲烷(沼气).水可以重新参与电解,以制造氧气.甲烷与剩余的氢气则排放到太空中.科学家一直希望这个循环过程是完全封闭的,不浪费一点物质,或者让氢和甲烷的排放产生推力,用于调整飞船姿态.在国际空间站的舱外有一个巨大的压缩罐,里面的氧气在主体生命保障系统对接成功之前为国际空间站提供氧气,2005年之后它将作为空间站的氧气储备罐.保持空气的清新为保持太空舱空气新鲜,宇航员呼吸产生的二氧化碳被一种叫分子筛的设备分离出来排到太空中,新陈代谢产生的其他微量甲醇、甲烷、丙酮、一氧化碳等,通常用活性碳过滤器清除.维持空间站里空气的清新在技术上非常复杂.在过去的30年间里,科学家使用了各种各样的方法和各种化学试剂进行试验.
这里以国际空间站为例说明典型的空间站运作方式。
ISS现在的日常空气循环如下图:以美国舱段为例,舱内空气经过活性炭除味,催化氧化净化(Trace Contaminant Control Subassembly (TCCS) ),通过分子筛去除二氧化碳(Carbon Dioxide Removal Assembly (CDRA) ),加入电解废水制氧( Oxygen Generating System (OGS) )和气瓶储备气体( Nitrogen/Oxygen Recharge System (NORS)),通过空调系统( Temperature and Humidity Control (THC) )注回舱中。
俄罗斯舱段也有一套类似独立系统,互为备份。
Nitrogen/Oxygen Recharge System (NORS):地面运输到空间站上的氧气/氮气。
航天飞机时代自带液氧,国际空间站现在用的是高压气罐,自重240 pound,满载6000 pound。
Oxygen Generating System (OGS)国际空间站的主要供氧方法。
来源是地面运输的液态水,在宇航员使用之后再生废水并电解为氢气和氧气,氢气排放,氧气用作呼吸。
Carbon Dioxide Removal Assembly (CDRA)四床分子筛吸附二氧化碳并解附排放到太空。
这一系统理论寿命是无限的,可以一直运作下去。
Trace Contaminant Control Subassembly (TCCS)氢氧化锂吸收剩余二氧化碳,活性炭过滤吸附去掉大部分污染物(气味分子),高温催化氧化去除低分子量污染物(如甲烷)。
其他的部分:Solid-Fuel Oxygen Generator (SFOG)只在俄罗斯舱段有,俄名Vika。
氯酸钠和铁粉制成的化学制氧炬,点燃后即可释放氧气。
价格昂贵但是可长期储存,现在用作ISS的应急制氧备份。
Temperature and Humidity Control (THC)空调系统,维持温度/湿度。
收集冷凝水会注入废水回收系统中。
Water Recovery System (WRS)尿液处理和废水处理,再生水一部分用于洗漱一部分用于电解制氧。
俄罗斯舱段只回收废水不回收尿液,美国舱段则会用昨天的咖啡泡今天的咖啡。
最后总结一下氧气的来源:1.地面运输氧气2.电解废水制氧3.应急化学制氧



