天空之上

地球的上空现今有着越来越多的飞行设施和航天器材，人类如今的科学技术已经把载人航天从理论付诸到了实践。载人航天是当今航天领域的重要环节，这让科学家们能够更近一步地去了解宇宙。

绚丽多姿的宇宙

全球几大国家和组织都有自己的空间站和太空设施，航天员在外太空执行任务的时候，大多数时间都会在空间站里面进行相关研究和休息。短期任务十天半个月不等，长期驻扎在空间站的通常在3-5个月左右。

国际空间站结构

而我国在2021年指派了三名航天员在天宫空间站正进行着新的阶段性任务，这三名航天员将会在空间站上驻留180天，并进行相关的科研工作。

生存之源

要想在太空中驻留生活，基本的生活保障离不开水、食物，以及氧气。除了水是生命根本外，氧气维持着我们身体每天的血氧功能循环，太空中的宇航员每天都需要1650升氧气来进行这种功能循环。

宇航员

航天员工作的特殊性就在于他们脱离了地球的环境，整体是处于太空之中。地球上我们可以自由地呼吸，但要想在太空获得人体需要的氧气不通过一定设备支持，是不可能实现的。

中国宇航员

人类早期的航天发展中，氧气是制衡人类太空探索的一个重要因素。美国在上世纪六十年代作为航天大国，为了解决这一问题也没少费工夫。那个时期一名航天员的宇航服十分笨重，同时还要背负体积庞大的氧气设备，行动非常不便，空间站还在早期的准备阶段。

航天服

所以这个时期的氧气供应，都是利用压缩氧气罐来进行氧气供应。不过这一方案很快就随着阿波罗号的悲剧给废弃掉了。阿波罗号宇宙飞船在执行任务的时候，由于电路故障产生的火花，击中了带有纯氧的氧气设备。

空间站中的氧气罐

于是在氧气的帮助下，飞船发生了严重火灾，迅猛的火势在太空舱狭小的环境中迅速燃烧，所有宇航员无一幸免。人类每天需要的氧气如果不能通过压缩氧气罐进行支持，那到底该怎么办呢？

制造氧气

地球上的氧气其实来自于水的分解，但大自然没有人类那样工程里机械式的制氧过程。植物、藻类、细菌等一些低生态位的生物将水分子分解为光合作用的一部分，通过化学能的形式将氧气释放到大气中。

光合作用

通过植物的制氧启发，科学家们通过研究，决定以化学方式来进行氧气供应。排除压缩空气罐的方案后，电解水的方案诞生了。每个水分子中含有两个氢原子和一个氧原子，通过对水的电解，使水中的氧原子和氢原子分离出来，重新组合成气态氢和氧气。

水分子由一个氧原子和两个氢原子组成

而且这种方式是可控的，也就是说用多少，做多少，不会因为太多氧气而把飞船变成一颗移动炸弹。分解出来的氢气排放到太空中，早期的NASA工程师将这种方案保留进了“ECLSS”（生命支持系统）硬件构架中。

电解水装置

早期的电解水装置还比较复杂，不会像我们在化学课上学习的直接用水电解产生氧气。而是要先将氢气与空气中过量的二氧化碳结合，进行化学反应。这其中会产生水和甲烷，这些水作为电解氧的主要水源，甲烷则会跟氢气一样被排放到太空中。

大多数航天器都会有太阳能电池板

最后是电解水的能源支持，大多数航天器都会有太阳能电池板，太空中的电池板比在地球上的利用效率要高得多。这能够很好地支持发电装置所需的电力。

不过随着航天任务的需求，越来越多样且复杂的太空科考任务需要更加宽裕的物质支持，早期的常规空间站开始显得有点力不从心，科学家们需要一种完全的循环装置来保证最大化的去利用有限的资源。

空间站

对于宇宙空间站来讲，一般它们都会有较长时间的停留，利用太阳能发电进行制氧，但宇宙空间站的储水也不是永远不减的。为了预防储水缺失的情况，航天飞船都会对其进行定期补充。空间站准备的应急氧气罐也能维持一名宇航员数月的氧气支持。

国际空间站内部

现代飞船的发射过程中，往往会携带大量的水资源和固体燃料以此产生充足的氧气以供应空间站的需求。我国指派的3名航天员在太空中长达180天之久的科考任务自然也不会少了这些资源和供应。

中国空间站内部

但这些工作仍然不够，对于在空间站驻扎的三名航天员来讲，任务中携带的大量水源必须要合理细致地规划使用，因为这里面有很大一部分是要给氧气供应系统提供的。除此之外，设备的检修，任务出行都需要用到水，没有水可以说寸步难行。

太空里的“精致”生活

宇航员在太空中本身就能作为一个生物源，人体每天都在不停地进行呼吸，除了呼吸排出的二氧化碳外。还有身上分泌的汗液、排放的各种其他气体，都能够被整个空间站收集起来循环利用。

尿液处理、电解制氧和二氧化碳还原系统

就拿呼吸来讲，航天员呼出的水蒸气会通过冷凝的方式进行一个回收，尿液也会通过净化回收，重新作为饮用水和生活用水使用。所以从整个循环设施来讲，只要循环系统不出问题，无限量的氧气供应是可行的。

美国太空厕所马桶

一升水便可以分解出60多升的氧气，对于宇航员来讲，一天只需要9升左右的水便能够维持一天1650升的氧气消耗，剩下的便用作基本的生活用水就行了。

说到这里，你可能会想，宇航员的生活保障从技术层面看起来还挺简单，像是在家里就能获得的体验一般。如果你要这么想，航天事业可能就没那么多科学家苦恼了。

在宇宙呼吸也是个大难题

其实航天的生活标准要求非常高，仍旧以呼吸这个事儿来讲。飞船在发射中，气体的纯净程度决定了火箭发射的好坏，纯净的气体也保障着航天员的身体状况。不过这里的纯净不是我们寻常意义上理解的“干净、卫生”。

在宇宙呼吸也是个大难题

地球环境中的普通大气除了氧气等气体外，还有大量的杂质和尘埃，这些“污染”人体可以通过自身进行循环给排出体外。但在空间站里，这些污染物是绝对禁止在空间站里堆积的。纯净度越高的气体在化合的过程中也会越顺利，在循环过程中产生的废物也会更少。

火箭发射

因此在每一次的发射过程中，尽可能携带大量的水，也是火箭发射的重要准备工作之一。针对于长期的太空考察任务来讲，当空间站等到下次的水源补充至少得数月之后了，这期间如何高效利用有限的水资源也是非常关键的。

空间站整体的循环系统维持着宇航员的生命，因此这个环节不能出一点错误，作为宇航员来讲，定期检查循环系统是日常工作的一部分。任何一个小的细节疏忽都会导致工作的失败，甚至是丧命。

中国空间站

另外就氧气而言，宇航员呼吸的氧气也不是纯氧，要知道纯氧对于人体来讲是致命的。而高含量的氧气也会影响人体正常的工作，为了保证宇航员正常呼吸，通常都会进行氧气混制。即混入一份氮气，这样可以有效避免因高浓度氧气带来的病理威胁。

另外，在居住环境这块，空间站的呼吸环境和地球上面非常相似。虽然不能够保证100%的一致性，但这可以使得宇航员获得和地球上相似的呼吸环境。这样，当他们返回地球时就不会像深潜一般需要不断地适应环境变化带来的不利影响。

因此，宇航员的日常生活标准是非常高的，说是“精致”，一点也不为过。有了充足资源作为保障，他们便可以高效地在空间站里进行各种科研工作。

阿波罗号爆炸

自从阿波罗号的悲剧后，现在世界各国的航天任务也不再采取氧气罐进行氧气紧急储备了。如今的备用氧气装置是一种化学混合物，其中主要存放着氯酸钠和铁粉混合物。使用时通过点燃的方式进行氧气生产，并且分开存放，这样在最大程度上避免了因储备氧气而带来的生存威胁。

循环系统再循环

你可以把整个空间站当作一个小型的生态循环链，在里面，航天员和ECLSS维持着整个系统的正常运转。一般来讲，空间站里的二氧化碳成分不能超过1千帕，超过2千帕就会进行报警。二氧化碳如果不能及时进行排放，宇航员会在不知觉的情况下丧命。

神舟飞船结构

神舟飞船的方式是通过非再生式二氧化碳净化方案，将无水氢氧化锂作为座舱中二氧化碳的净化剂。通过双风机的循环，将废气排出，净化风机输出干净气体。以此方式来定期对空间站和飞船进行气体交换。

空间站里也不只仅有我们的航天员，还有一定数量的植物，这些植物同样也是科研工作的研究目标之一。而它们同样也能带来一定程度的氧气，并且会对空间站一部分的区域进行净化循环。整个循环系统设计得相当精密。

太空中的植物

对于目前的航天工作来讲，从技术层面不仅是我国，包括其他国家都在使用这样的循环系统进行长期的航天科研工作。这期间经历不同阶段带来的反馈，就国际空间站而言，在太空中已经工作了二十余年的时间里，它的循环系统仍旧正常地工作着。只不过限于长期服役的空间站，这样的空间站需要更加仔细地进行维护。

在太空中宇航员的休闲活动

人类在航天领域的发展现在也仅仅只是刚踏出家门口，循环系统只是未来工作的一个小环节。要想进行更为庞大，长久的太空探索任务，还必须得建立一个基地设施，以此来填补短期居住地的一个空缺位置。

现如今的空间站虽然在功能方面已经大大加强，航天员能够在里面正常地进行起居生活。但要说工作和科考，这样的双重环境结合还是让宇航员显得有点力不从心，毕竟要操心的事情太多了。

航天器上仅是一套水循环系统就价值不菲，每一次使用成本都在上亿元，更不用说整个环节的运作支出多少经费。那些在太空上工作的开辟者们，不断地用实际行动和付出为人类未来探索宇宙做出了不可磨灭的贡献。

探索宇宙

期望在未来不久，航天员的正常生活可以完全像在地球一般，到那时想必普通人也能够有一次太空体验了吧。