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载人登月航天员的生命保障系统
《航天员》杂志 陈善广 / 时间:2007-10-26 07:51:36
据CCTV网站2007年10月15日讯 “我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒”!当夜幕低垂、繁星满天时,那一身素缟披着神秘面纱的月球女神必会飘然仙来默默地深情地注视着地球上的万物生灵。她是谁?长得啥样?千百年来,人们未曾停止过对她的好奇与探究。古人们以诗词歌赋、神话传说抒发并寄托着人类的遐想、猜测和美好愿望。随着现代科技的发展尤其是人类太空探索的日趋深入,月球女神的神秘面纱便逐步被揭开!月球是地球的天然卫星,是离地球最近的天体,是人类飞出地球、开展空间探测的首选目标。人登上月球、建立月球基地,并对月球进行科学考察与实验研究,不仅可有效地扩大月球研究、开发的深度和广度,而且还可为载人火星飞行做技术准备。但也正因为有人的参与,我们在载人登月的设计研制和运行管理中,必须直面载人登月的医学挑战,充分考虑人的因素,以保证航天员的安全、健康和工效。
对人来说,氧气、水和食物犹如三道生命线,在载人登月和在月球居留的过程中,氧气、水和食物更是与航天员的生命息息相关。如何为航天员所需要氧气、水、食物等必需物质和生活保障的生命保障系统是登月过程中不可或缺的。目前国内外进行研究开发的航天员生命保障系统主要有两种:短期月球居留的生保系统与月球基地再生式生保系统。
1、短期月球居留的生保系统 载人登月飞行、在月球上短期(15天以内)居留,以及从月球返回地面的途中,可利用目前非再生式生命保障技术,也就是说航天员所需的食物、氧气和水都从地面上携带;航天员呼出的二氧化碳利用氢氧化锂吸收,排泄的大小便及废物采取相关措施处理后储存。“阿波罗”飞船及其登月舱就采用短期生保系统。
2、月球基地再生式生保系统 如果航天员在月球基地上长期生活所需的消耗品都从地面运送补给,运费将十分昂贵,所以要完成长期载人登月与居留,一个经济而有效的途径就是对物质进行再生。即采用再生式生命保障系统,它可以解决氧、水甚至食物再生问题。目前研究的系统也有两种:一种是物理化学再生式生命保障系统另一种是受控生态生命保障系统。国内外研究表明,如果在月球基地居留时间在90天以内,则采用物理化学再生式生命保障系统比较经济;如果居留时间超过90天或更长,则应采用受控生态生命保障系统较合算。而实际上,受控生态生命保障系统中也要运用到物理化学再生式生命保障系统,它可以看成是受控生态与物理化学组合式环控生保系统。
(1)物理化学再生式生命保障系统
物理化学再生式生保系统用物理化学的方法从航天员产生的废物中回收氧气和水,食物仍从地面携带。它通常采用电解水制氧技术供氧;利用超滤/反渗透技术回收系统中的冷凝水作为饮用水;用超滤/反相渗透或微滤技术回收卫生废水和生活废水供应航天员卫生用水;而采用蒸汽压缩蒸馏技术回收尿液水作为制氧用水;用分子筛/膜技术收集二氧化碳,萨巴特尔还原技术回收二氧化碳中的氧气;航天员的大便和生活垃圾则消毒干燥储存。
(2)受控生态生命保障系统
人要在月球长期居住,单纯靠地面补给食物就有困难,这时候就需要发展能够进行氧、水和食物再生的受控生态生命保障系统。同时,高效、低能耗、安全性、可靠性、长寿命是月球基地生保系统的特点。
可长期居住的月球基地的生保系统应是一个多人的、长时间的、可供居留生活所需的氧、水、食物及废物收集处理,其基本体系是由乘员舱与生物舱组成,乘员舱的物理化学生保系统完成对大部分的水、氧的再生,部分二氧化碳引入生物舱中,由植物进行光合作用,产生的氧气返回乘员舱,物理化学生保部分产生的废水或人体产生的部分废水供植物生长,人生活产生的固体废物与植物产生的废物通过生物降解,生成植物所需的营养液。
对人来说,氧气、水和食物犹如三道生命线,在载人登月和在月球居留的过程中,氧气、水和食物更是与航天员的生命息息相关。如何为航天员所需要氧气、水、食物等必需物质和生活保障的生命保障系统是登月过程中不可或缺的。目前国内外进行研究开发的航天员生命保障系统主要有两种:短期月球居留的生保系统与月球基地再生式生保系统。
1、短期月球居留的生保系统 载人登月飞行、在月球上短期(15天以内)居留,以及从月球返回地面的途中,可利用目前非再生式生命保障技术,也就是说航天员所需的食物、氧气和水都从地面上携带;航天员呼出的二氧化碳利用氢氧化锂吸收,排泄的大小便及废物采取相关措施处理后储存。“阿波罗”飞船及其登月舱就采用短期生保系统。
2、月球基地再生式生保系统 如果航天员在月球基地上长期生活所需的消耗品都从地面运送补给,运费将十分昂贵,所以要完成长期载人登月与居留,一个经济而有效的途径就是对物质进行再生。即采用再生式生命保障系统,它可以解决氧、水甚至食物再生问题。目前研究的系统也有两种:一种是物理化学再生式生命保障系统另一种是受控生态生命保障系统。国内外研究表明,如果在月球基地居留时间在90天以内,则采用物理化学再生式生命保障系统比较经济;如果居留时间超过90天或更长,则应采用受控生态生命保障系统较合算。而实际上,受控生态生命保障系统中也要运用到物理化学再生式生命保障系统,它可以看成是受控生态与物理化学组合式环控生保系统。
(1)物理化学再生式生命保障系统
物理化学再生式生保系统用物理化学的方法从航天员产生的废物中回收氧气和水,食物仍从地面携带。它通常采用电解水制氧技术供氧;利用超滤/反渗透技术回收系统中的冷凝水作为饮用水;用超滤/反相渗透或微滤技术回收卫生废水和生活废水供应航天员卫生用水;而采用蒸汽压缩蒸馏技术回收尿液水作为制氧用水;用分子筛/膜技术收集二氧化碳,萨巴特尔还原技术回收二氧化碳中的氧气;航天员的大便和生活垃圾则消毒干燥储存。
(2)受控生态生命保障系统
人要在月球长期居住,单纯靠地面补给食物就有困难,这时候就需要发展能够进行氧、水和食物再生的受控生态生命保障系统。同时,高效、低能耗、安全性、可靠性、长寿命是月球基地生保系统的特点。
可长期居住的月球基地的生保系统应是一个多人的、长时间的、可供居留生活所需的氧、水、食物及废物收集处理,其基本体系是由乘员舱与生物舱组成,乘员舱的物理化学生保系统完成对大部分的水、氧的再生,部分二氧化碳引入生物舱中,由植物进行光合作用,产生的氧气返回乘员舱,物理化学生保部分产生的废水或人体产生的部分废水供植物生长,人生活产生的固体废物与植物产生的废物通过生物降解,生成植物所需的营养液。