从1961年4月加加林钻进"东方一号"那个狭小的舱室开始,人类"在天上怎么喘气"这件事,就从来没轻松过。加加林那次只飞了108分钟,靠的是舱里预先存好的空气。

可到今天,宇航员在国际空间站一住就是半年起步,靠"憋一口气"显然行不通了。

那么,太空真空里,氧气到底是从哪儿来的?

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在缺乏地球可呼吸大气的太空真空中,为宇航员提供持续的氧气供应,是所有载人航天任务的底线。

这一需求推动了航天器上一整套精密系统的研发,目的就是给机组人员营造一个安全、可持续的生存环境。

每位宇航员每天大约消耗两磅氧气,长年累月算下来,是个不小的数字。维持类似地球的舱内大气环境——约14.7磅每平方英寸(PSI)的压力,以及21%的氧气浓度——对宇航员的舒适度和健康至关重要。

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鉴于任务持续时间较长,尤其是在国际空间站(ISS)上执行的任务,仅仅依靠从地面运送的储备氧气,是不切实际的。

因此,舱载氧气生成系统必不可少。

国际空间站上的氧气生成组件(OGA)利用电解技术将水分解为氧气和氢气——通电、水分解、拿到氧气,说穿了跟中学化学课本上的实验没啥两样。

区别是,太阳能电池板负责供电,日本HTV货运飞船一包20升的水管"原料",一包水电解出来的氧气够一个人呼吸22天。既提供了可呼吸的氧气,又能顺带回收水,因为产生的氢气会被用于空间站上的其他化学过程。

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由俄罗斯舱段运行的电子系统(Electron)执行类似的功能,也是通过电解产生氧气,与OGA一起维持空间站的大气环境。欧洲航天局的先进闭环系统则更进一步,通过整合二氧化碳去除和水循环利用,把氧气生产效率又拉高了一截。

它可以从废弃物中回收氧气,直接减少了对地面补给任务的依赖。而且不光美俄欧在做这件事。

中国的天宫空间站走的也是类似路子——电解制氧加冷凝水回收。2022年T字构型建成以来,神舟乘组已经完成了多次半年期驻留任务。

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两套独立体系并行运作,本身就说明这条技术路径已经被反复验证过。

除了这些主力系统,还得留几手备份。固体燃料氧气发生器(SFOG)罐通过分解高氯酸锂产生氧气,宇航员亲切地叫它"氧气蜡烛"——点一下就冒氧气,形象得很。

另外还有加压氧气罐,为紧急情况或太空行走单独储备一份。

不过备份系统也不是万无一失的。

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1997年,俄罗斯"和平号"空间站上一根SFOG故障起火,差点酿成大祸。这事儿之后,凡是能烧的东西上天前都要过更严的关。

技术再先进,也架不住人算不如天算。

在舱外活动期间,宇航员依靠舱外机动装置(EMU),这套装置自带一个主要生命支持系统,可以提供便携式氧气供应、温度调节,以及二氧化碳去除功能,确保宇航员在真空中一次能待上好几个小时。

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其实回过头看,氧气问题的核心,落在水上。从地面把水送到400公里高的轨道,每公斤成本几万美元不止,所以NASA才死磕废水回收。

宇航员的汗、尿、呼出的水汽,能收的全收回来,回收率大约93%。说白了,"今天喝的水,很可能就是昨天呼出去的"。

听着别扭,但在太空里,这就是活下去的算法。

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氧气生产技术的进步仍在持续演进,新方法正在被开发出来,用于从二氧化碳中直接回收氧气。

这一步一旦走通,就能大幅减少对地球补给的依赖,也是支撑长期任务——包括未来载人火星探险——的关键一环。

说到底,宇航员之所以能在天上住那么久,靠的是一整套"抠门到极致"的循环系统。水、氧、气压,一样都不能松。

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这大概也是人类走向深空之前,最该学会的一课——把每一口气都当回事。