在外太空飞行,水、食物、氧气都是宝贵的物资,因为没有这些物资的话,航天员可能就没法长时间执行飞行任务。在人类航天事业早期,飞船内部空间不大,装载的物资不是很多,所以飞行时间一般都不长,单次载人飞行任务的航天员人数也不会很多。
随着进入空间站时代,空间站内部的空间比飞船大得多,航天员在空间站内生活、工作比在飞船内更加舒适。最重要的是,空间站内可以装载更多的物资,还可以通过货运飞船来进行补给,将所需的各种物资送上空间站,这样一来就可以支持更多航天员一起在空间站内生活、工作很长时间。
当前神舟十八号航天员乘组正在中国空间站执行飞行任务,自4月25日发射升空至今,他们已经飞行了100多天时间。此前,每隔一段时间,我们就会发射天舟货运飞船进行补给,而天舟七号货运飞船也已经发射大半年时间了,为什么天舟八号货运飞船还没发射,中国空间站内的水、氧气为什么也还没用完呢?
神舟十八号航天员在忙些什么
在过去这100多天时间内,神舟十八号航天员们在中国空间站内完成了一系列任务,包括开展了多项空间科学实验和试验。例如,在此之前,神舟十八号航天员们就进行了2次出舱活动,在舱外给中国空间站安装了空间碎片防护装置,大大提高了中国空间站应对空间小颗粒、小碎片威胁的能力。
这样的任务对于空间站长期运行来说,是必不可少的。因为外太空存在无数小碎片、小颗粒,这些小碎片、小颗粒的尺寸可能很小,但是它们的飞行速度相当快,一旦发生碰撞可能会导致航天器受损。
在飞行过程中,中国空间站天和号核心舱太阳翼就曾经遭到了空间小颗粒的撞击而受损,神舟十七号航天员们还进行出舱活动,在舱外进行了修复。通过安装防护装置来提高防护能力,可以在一定程度上提高空间站的安全性。
在科学实验方面,神舟十八号航天员们近期进行了“空间环境对生物节律与睡眠的影响及其导引”研究、“长期在轨典型姿态下操作力变化规律研究”项目等多个科学研究项目。
除此之外,航天员们还完成了无容器材料实验柜实验腔体的样品清理和更换、轴心机构电极维护等工作,同时也对燃烧科学实验柜进行抽真空排废气状态设置、恢复等操作,以及对空间站的一些设备进行维护检测等工作。
在上个星期,神舟十八号航天员们还完成了尿冲洗水箱上盖组装及补水相关工作。在空间站内,尿处理子系统非常重要,这是空间站环控生保分系统的重要组成部分,用来支撑空间站内水资源循环利用。简单地说,就是通过尿处理系统来回收、处理尿液。虽然是从尿液中回收水,但是很干净的,主要用来清洁和制备氧气。
毕竟,从地球运输物资到太空的成本相当高,虽然地球上水资源取之不尽用之不竭,但是空间站内的水是非常宝贵的,不可能从地球上大规模运输水到空间站,所以空间站内的水其实都是循环利用的,最大程度发挥这些水的作用。
在上周,航天员们还进行了在轨应急救生的训练,这是定期开展的训练项目,常态化的事情。因为空间站在飞行过程中会遇到很多意想不到、预料之中的问题,包括空间小颗粒撞击的风险,所以航天员们需要展开各种工况下的紧急撤离、快速穿着航天服等项目的训练,模拟遇到紧急情况时紧急撤离。
水、氧气为何用不完
天和号核心舱是中国空间站第一个舱段,自2021年4月发射至今,已经在轨飞行了3年多时间。我们的空间站运行了这么长时间,从来都没有出现过氧气、水用完的消息。这是什么情况?
原因很简单,前文我们也提到,每隔一段时间,我们就会发射一艘货运飞船将包括水、食物、推进剂、科学载荷等物资送上空间站。在今年1月,天舟七号货运飞船就发射升空了,将几吨物资送上了中国空间站。
在天舟六号之前,我们每年发射2艘天舟货运飞船进行补给,每次都是提前发射天舟货运飞船将物资送上中国空间站,随后才发射神舟载人飞船将航天员送上中国空间站。但是从天舟六号货运飞船开始,发射的频率就发生了变化,从之前每年发射2艘改变为每2年发射3艘货运飞船。
虽然货运飞船发射频率下降了,但是不会影响到中国空间站的正常运行,因为从天舟六号货运飞船开始,这一批次新的货运飞船进行了大幅度的升级,运载能力大幅度提升,单艘飞船可以搭载更多的物资,可以支持航天员在轨生活、工作更长时间。所以,到现在,神舟十八号飞船已经在轨飞行了100多天,但是天舟八号货运飞船还没发射。
虽然还没发射,但是天舟八号货运飞船发射时间也很近了。按照计划,在今年下半年我们还会有2艘飞船前往中国空间站,其中一艘就是天舟八号货运飞船,还有一艘就是神舟十九号载人飞船。
一般情况下,货运飞船只是搭载食物、水这些物资,而不会搭载氧气。因为货运飞船的空间其实是很有限的,而3名航天员在轨飞行半年时间需要差不多30万升氧气,货运飞船装不下这么多氧气,也不安全。
空间站内的氧气源源不断,其实就是来自水。理论上来说,电解1升水能够制备大约620升氧气,只需电解不到500升水,就能产生足够3名航天员生活、工作6个月所需的氧气。货运飞船没法运输30万升水,但是运输500升水其实是轻轻松松的事情,也更加安全。
至于电解水过程中所需的电力,也不是问题。因为空间站本身就是一个巨大的太空太阳能发电站,有面积巨大的太阳能电池板,神舟载人飞船、天舟货运飞船也有太阳能电池板,完全有足够的电力来维持空间站各种设备的正常运行。
所以,在有货运飞船进行补给的情况下,即使空间站飞行了几年、甚至十几年时间,都不会出现食物、水、氧气短缺的情况。只不过由于运输物资到太空的成本相当高,所以空间站内的这些物资相当宝贵,像水这些物资都是尽可能循环利用的。