航天員撥出的氣體和排除的汗液都含有一定量的水蒸氣,如果不採取措施將這些水蒸氣清除的話,航天員會因為環境溼度太大而感覺不舒服,而且過高的溼度對艙內的儀表裝置執行也是不利的。飛船中常用的去溼方法是採用分子篩材料吸附艙內空氣中的水蒸氣,然後在真空條件下解析去溼。
除了水蒸氣載人航天器內還有人體代謝產生的有害物質,特別是蛋白質代謝分解的有害產物,再加上艙內裝置中非金屬材料的揮發物。這些物質對航天員的影響不只是舒服與否,更重要的是它們作為一種汙染源,有可能影響航天員的身體健康。尤其是人體代謝產生的有害物質危害更大,如呼吸時排出的二氧化碳、一氧化碳、甲醇、揮發性脂肪酸等;胃腸道排出的有害物質甲烷、硫化氫、甲硫醇、吲哚等;出汗時汗液中的有害揮發物胺、氨、苯酸等。
為什麼我們在地球上不必擔心這些有害物質?生活在地球上的人,其居住環境中一般都有門窗與外界相通,這些有害物質不斷地排出室外,與周圍大氣相混合,不會影響人體健康。而在密閉艙中就不同了,如一個不吸菸的青年人,一晝夜可排放出一氧化碳10毫克,而一個航天員在密閉艙平均佔有一個立方多的空間,生活一晝夜產生的一氧化碳即可達到對人體有害的程度。
在航天器中要儘量減少這些物質,消除汙染。人體排出的代謝產物是難以避免的,但座艙內非金屬材料的分解產物,在一定程度上是可以控制或減少的,這一般是透過選用一些揮發物少的非金屬材料作為航天材料。如美國的“阿波羅”飛船選材時,對所有備選的非金屬材料進行有害物質排放量測量試驗,淘汰那些排放量超標的材料。
對於無法避免的汙染物,一般採用吸收、過濾、催化等方法進行消除。如人體代謝的重要產物二氧化碳,常採用吸收劑或分子篩進行消除,微量汙染物,如汗液及座艙材料揮發物可採用活性炭進行吸附消除,但對於分子小、沸點低的汙染物如一氧化碳、甲烷等不易吸收,可以採用催化燃燒的方法消除。
水對有生命的生物體是極為重要的。生活在宇宙空間的航天員,也需要供給生活用水和飲食用水。載人航天器內的供水系統是採用多種方法解決的。航行時間短的,一般採用儲水器從地面攜帶淨水到太空。儲水器採用橡膠囊或金屬風箱式可摺疊水箱,囊內充有一定量的氮,在失重條件下增加囊內壓力,水即可排出,且儲水方式簡單易行。水箱的容積與航天時間長短、人數多少、飛船載重量等相適應。氫氧燃料電池產生的水也是供水的一種,這種水經過冷卻,溫度下降到18~24℃,再經過消毒器消毒、淨化後送入儲水箱。
載人航天器在太空飛行時,水處於失重狀態,不會自行從水箱中流出,因此供水的水箱都裝有增壓裝置,加壓後水即可流出。
在類似空間站這種長期的載人航天器,除了地面上定期送水,但這樣做是非常不經濟的。而且如果由於某種原因水不能及時送到,那航天員的生命就會出現危機。所以在這種航天器上,水是由它自己“生產”的。
我們知道地球上的水是在不停地迴圈著。海洋中的水被蒸發到空氣中形成雲,雲又轉換為雨降落到地面上,雨水彙整合河流最後又回到海洋。在這個迴圈過程中自然界的微生物和土壤起著對地面上的水進行淨化的作用。航天器內“生產”水的過程正是模擬這麼一個過程。水的來源是航天器中一切可以收集到的水,經過淨化器的處理成為了航天員的生活用水。
當你在航天器中喝水時,千萬不要去想水的來源。因為這些水是從航天器中各個地方收集而來的,包括燃料電池產生的冷凝水、洗漱用水甚至排尿以及上面提到的水蒸氣等。如果仔細收集,基本可以實現航天器的自給自足。這也許聽起來比較噁心,但是事實上,經過空間站的淨化處理器後的水,可能要比地球上我們多數人喝的水都要乾淨。
在回過頭來看看水迴圈系統,並不是單獨存在的,它與其他系統的也有著聯絡,正如地球環境一樣,水的迴圈與大氣、生物有著千絲萬縷的聯絡。從載人航天器的發展來看,生命保障系統的設計正力求模擬地球上的環境,因此未來的載人航天器,比如永久性空間站,就成為太空中另一個“地球”。
航天員的工作
在載人航天的初期,如東方號和水星號飛船,其目標主要是驗證人在空間的生存能力,航天員在座艙中只是作為一個觀察者和備份的操縱者。到上升號實現了人類的第一次太空行走,以及雙子星計劃地完成,人們已經初步認識太空環境對人類