Trên Trái đất , chúng ta có nguồn cung cấp không khí trong lành liên tục. Chúng ta hít vào oxy và thở ra carbon dioxide. Các khí này được thực vật tái chế thông qua quá trình quang hợp . Thực vật hấp thụ khí cacbonic và thải ra khí ôxy. Đó là một chu kỳ tuyệt vời trên quy mô rộng lớn. Nhưng điều gì sẽ xảy ra trong các cabin nhỏ, hạn chế của tàu vũ trụ, như tàu con thoi hoặc trạm vũ trụ?
Hầu hết các tàu vũ trụ đều mang theo nguồn cung cấp oxy riêng và có thể có một hệ thống dự phòng. Tuy nhiên, các sứ mệnh của các tàu vũ trụ này kéo dài trong thời gian ngắn, theo thứ tự từ vài ngày đến hai tuần. Ngược lại, Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) được thiết kế cho các chuyến bay dài hạn và đã đi vào quỹ đạo từ năm 1998. Vậy oxy được tạo ra như thế nào trên ISS? Nó được xử lý theo một trong ba cách, sử dụng máy tạo oxy, bình oxy điều áp hoặc máy tạo oxy nhiên liệu rắn (còn gọi là nến oxy).
Phương pháp chính được thực hiện bởi các máy tạo oxy: Elektron do Nga sản xuất và Hệ thống Hỗ trợ Cuộc sống và Kiểm soát Môi trường Hoa Kỳ (ECLSS). Elektron được đặt trong mô-đun dịch vụ (Zvezda) và ECLSS nằm trong mô-đun phòng thí nghiệm Destiny. Các thiết bị này tạo ra oxy từ nước bằng một quá trình gọi là điện phân , trong đó dòng điện đi qua nước từ một điện cực tích điện dương được gọi là cực dương sang điện cực tích điện âm khác được gọi là cực âm. Có một nồng độ nhỏ muối trong nước để dẫn điện vì bản thân nước là chất dẫn điện kém. Trong quá trình này, nước bị tách thành khí hydro và khí oxy. Đây là cách hóa học của quá trình hoạt động:
- Ở catot xảy ra một loại phản ứng gọi là phản ứng khử . Các electron (e - ) từ catot kết hợp với nước (H 2 O) tạo thành khí hydro (H 2 ) và ion hydroxit (OH - ): 2H 2 O (l) + 2e - -> H 2 (g) + 2 OH - (aq).
- Ở cực dương xảy ra một loại phản ứng gọi là phản ứng oxi hoá . Các electron thoát ra khỏi nước và chảy vào anot. Loại bỏ các electron khỏi nước thu được khí oxi (O 2 ) và ion hydro (H + ): 2H 2 O (l) -> O 2 (g) + 4 e - + 4 H +
Điện năng được tạo ra từ các tấm pin mặt trời của trạm và được cung cấp cho các máy tạo oxy thông qua lưới điện của trạm. Nước được chuyển đến trạm từ Trái đất bằng tàu cung cấp Tiến bộ và tàu con thoi. Nước cũng được thu hồi nhờ các bình ngưng giúp loại bỏ hơi nước khỏi không khí trong cabin (các phi hành gia thở ra hơi nước). Cuối cùng, nước có thể được tái chế từ nước tiểu của các phi hành gia nhờ đơn vị ECLSS. Khí hydro được tạo ra trong quá trình điện phân được thoát ra ngoài không gian và khí oxy được lưu thông vào không khí trong cabin.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét các cách khác mà ISS tạo ra oxy.
Tạo oxy lên ISS
Như bạn đã biết, việc cung cấp oxy trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) được xử lý theo một trong ba cách, sử dụng máy tạo oxy, bình oxy điều áp hoặc máy tạo oxy nhiên liệu rắn. Ở trang trước, chúng ta đã nói về máy tạo oxy. Bây giờ, hãy nói về hai phương pháp còn lại.
Trong phương pháp thứ hai, oxy không được tạo ra mà được chuyển đến ISS từ Trái đất . Khi tàu cung cấp Progress, các phương tiện vận chuyển tự động của châu Âu, hoặc tàu con thoi của Mỹ cập bến nhà ga, chúng sẽ bơm oxy vào các bình điều áp tại các nút khóa khí. Họ cũng bơm khí nitơ vào các bình tích áp khác tại các chốt gió đó. Bộ điều khiển khí quyển của trạm trộn các khí theo tỷ lệ chính xác với bầu khí quyển của Trái đất và luân chuyển hỗn hợp qua cabin.
Phương pháp thứ ba là một hệ thống dự phòng tạo ra oxy thông qua các phản ứng hóa học. Hệ thống này được gọi là máy tạo oxy nhiên liệu rắn (SFOG) và nằm trong mô-đun dịch vụ của trạm (Zvezda). SFOG, còn được gọi là nến oxy hoặc nến clorat , có các hộp chứa hỗn hợp bột natri clorat (NaClO 3 ) và bột sắt (Fe). Khi SFOG được đốt cháy, sắt "cháy" ở 1112 độ F (600 độ C), cung cấp nhiệt năng cần thiết cho phản ứng. Natri clorat bị phân hủy thành natri clorua (muối ăn - NaCl) và khí oxi (O 2 ). Một số oxy kết hợp với sắt để tạo thành oxit sắt (FeO):
600 ° C
NaClO 3 (s) + Fe (s) -> 3O 2 (g) + NaCl (s) + FeO (s)
SFOG cung cấp 6,5 giờ công oxy cho mỗi kg hỗn hợp. Các bộ vũ trụ của Nga cũng tạo ra oxy bằng cách sử dụng SFOG.
Trong các trạm vũ trụ hoặc thuộc địa không gian trong tương lai, các nhà khoa học NASA hy vọng sẽ tạo ra oxy và loại bỏ carbon dioxide một cách tự nhiên bằng cách trồng cây. Các nhà máy sẽ cung cấp không khí thoáng khí và là nguồn thực phẩm cho các phi hành gia. Tuy nhiên, một vấn đề cần phải giải quyết là làm thế nào để trồng được số lượng lớn thực vật trong không gian nhỏ - không gian sống trên trạm vũ trụ bị hạn chế.
Xuất bản lần đầu: 22 tháng 2, 2011
Câu hỏi thường gặp về oxy trong không gian
Làm thế nào để các phi hành gia thở trong không gian?
Oxy có thể được tạo ra trong không gian?
ISS tạo ra oxy như thế nào?
Nhiều thông tin hơn
Những bài viết liên quan
- Cách thức hoạt động của các trạm không gian
- Cách hoạt động của tàu ngầm
- Cách hoạt động của Spacesuits
- Cách thức hoạt động của tàu con thoi
- Dự án Mercury hoạt động như thế nào
- Cách hoạt động của tàu vũ trụ Gemini
- Cách hoạt động của tàu vũ trụ Apollo
- Cách hoạt động của bình dưỡng khí
Nguồn
- Hội đồng Hóa học Hoa Kỳ, "Natri clorat: Cung cấp oxy khẩn cấp" tháng 1 năm 2007. http://www.americanchemistry.com/s_chlorine/science_sec.asp?CID=1708&DID=6370&CTYPEID=113
- Bovard, RM, "Nguồn oxy cho các chuyến bay vào vũ trụ" Y học hàng không vũ trụ 31: 407-412, 1960 http://www.asma.org/Organization/smb/timeline/1960/1960%20July-Dec/31050407-1.pdf
- Launius, RD, "Space Stations: Base Camps to the Stars" Smithsonian Books, Washington, DC, 2003
- Hướng dẫn Tham khảo về ISS http://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/ISS_Reference_Guide.html
