探索自然2001八月
喬阿光編譯
自從40年前蘇聯宇航員加加林首次飛上太空，人類在太空生活不再是夢想。最近，美國億萬富翁蒂托的太空旅行引起了許多太空愛好者對太空生活的向往。很多人想追隨鐵托的腳步，登上國際空間站，在艙間漂浮，俯瞰地球。
然而，國際空間站上的生活並不像預期的那樣愉快。
自己制造氧氣
空間站遇到的第壹個問題是，距離地面300多公裏的高空幾乎沒有空氣。
在地球上，空氣含有78%的氮氣，21%的氧氣和1%的其他氣體。在空間站，宇航員要想正常生活和工作，就必須有這樣的空氣。氮是由航天飛機運輸的，而氧是在空間站制造的。中學生都知道兩個氫原子加壹個氧原子構成水，也做過試管電解水獲得氧氣的實驗。在高科技的國際空間站上，根據這個基本的化學方程式獲得氧氣，獲得的氧氣被儲存在壹個壓力罐中以備後用。產生的氫氣目前只能排放到太空中，未來將用於與壹氧化碳反應生成甲烷，作為維持空間站軌道高度的動力。
空間站上俄制“星星”服務艙的電解水機啟動前，宇航員通過燃燒“高氯酸鹽蠟燭”來呼吸氧氣。這是壹個裝滿高氯酸鹽的金屬罐。拔下火花塞，它就會燃燒，釋放氧氣直到完全燃燒。
每個罐可以釋放壹個人壹天的氧氣。這裏用的化學原理也是中學生做過的加熱高氯酸鉀獲取氧氣的實驗原理。但是不要以為讀完中學就可以做這種“蠟燭”。這裏面有更深刻的科學道理。比如1997年2月23日，俄羅斯和平號空間站上的這種“蠟燭”引發了火災，差點報銷和平號。事後，科學家們花了兩年時間才發現火災的罪魁禍首是乳膠手套——罐裝工人戴的乳膠手套碎片在裝罐時混合在壹起，乳膠與高氯酸鹽發生反應，引發了這場火災。
空間站除了獲取氧氣，還要排除對人體有害的氣體。目前，空間站“星星”艙內的機器使用“沸石”作為分子篩來過濾空氣，從中排出的二氧化碳目前只能送入太空，因此未來將被回收利用。
除了二氧化碳，人還排放少量的其他氣體，如甲烷、尿液中尿素分解成的氨、丙酮、甲醇和壹氧化碳，這些都是新陳代謝的副產物:排尿和呼吸。空間站使用活性碳過濾網從空氣中吸收這些氣體化合物。
為了保證空間站內的空氣是安全的，空間站上的管網從空間站的不同部位采集空氣樣本，送到質譜儀進行氣體成分分析。那天機組人員在空間站的某個地方工作時，他們告訴計算機在那裏收集更多的樣本，以確保機組人員的健康。
不要浪費壹滴水
長途跋涉來到空間站後，我最想做的事情就是沖進浴室洗臉，甚至是鉆進浴室洗個熱水澡。但現實是妳只能用濕毛巾擦，用的水是伴侶呼出的蒸汽和油箱裏的水處理的。在遠離地球的高海拔地區，每壹滴水都是珍貴的，要循環利用，節約使用。即使是尿液，處理後也要回收再利用。
最初的水是由美國航天飛機和俄羅斯貨船“進步”號送來的。其中壹部分用於分解產生氧氣，另壹部分成為空間站水循環系統的初始水。俄羅斯研制的軌道水處理器可以收集空間站空氣中的水蒸氣。美國正在建立壹個回收系統，幾乎可以回收每壹滴水。該系統從航天飛機的燃料箱、尿液、漱口水和洗手水中回收水，就連實驗室裏的動物也難逃回收系統的收集。否則，為了保證4人乘員組的最低用水量標準，每年從地球向空間站運送1.8萬公斤以上的水，實在是太貴了。
地球上的水也是循環的，只是通過植物和動物的自然過程。動物呼出的水蒸氣進入空氣，然後落入雨水中。動物的尿液被微生物分解供植物吸收，植物成熟後被人食用。空間站的凈水系統模擬了這壹過程，但不依賴微生物和動植物，完全采用機械方法，技術上是可靠的。首先進行初級過濾，去除雜物和顆粒，然後通過多層過濾去除有機和非有機雜質，最後通過催化氧化反應器去除揮發性有機物，殺滅細菌和病毒。所以空間站裏的水比地球上任何壹個家庭水龍頭流出的水都幹凈。
在地球上，只要壹打開水龍頭，水就會流出來。但是空間站裏的水壓只有地球上的壹半，所以毛巾只能用淋浴噴頭弄濕，然後用來擦手。所以，在空間站洗手，只需要用地球上的1/10的水就可以了。當妳想喝水的時候，妳應該把水箱鉤起來放在飲水機裏，選擇所需的量，按下按鈕就可以得到所需的水量，而不是擰開水龍頭讓水自己流出來。盡可能回收後，空間站上的水還是會流失，必須由航天飛機和“進步”號飛船補充。俄羅斯“黎明”號艙內安裝了備用應急水箱，每個水箱可裝約41公斤水。
消滅微生物
在第壹個人登上國際空間站之前，有東西先到了那裏。這是壹種看不見但潛在危險的東西，具有在最惡劣環境下生存和再生的能力，可以攻擊乘員和空間站——這就是微生物。
為了消除微生物對宇航員健康的威脅，空間站上用催化氧化反應器對水進行消毒，水被加熱到130。在這個過程中，微生物中的有機分子被氧化，幾乎全部被殺死。消毒後每100毫升水中微生物不到100個。
空間站設備表面微生物的生長會產生酸，導致表面腐蝕。為了解決這個問題，首先要使用所有的防黴材料，表面要塗上由防黴化學物質制成的油漆；其次，要控制空間站的濕度，不能提供適合微生物滋生的環境；第三，保持表面清潔，使微生物沒有食物。
對抗過冷和過熱
人類只適合生活在既不太冷也不太熱，既不太亮也不太暗的地方。在地球上，只要遠離南極，不掉進火山口，不掉進沙漠，就適合人類生存。然而，人類將探索太空，不僅僅是作為遊客，而是作為定居者。對於空間站的設計者來說，創造壹個適合人類居住的環境是壹個很大的挑戰。
如果空間站上沒有溫度控制，向陽面會達到121，而背面是-157，所以空間站中間只有壹個地方適合人類居住。但空間站的設計者考慮到空間站的熱平衡，組裝了熱控系統，讓在軌的“宇航員之家”涼爽舒適。因此，需要用各種產生熱量的儀器應對來自空間站外層空間的寒冷和超絕緣軌道實驗室內部溫度上升的影響，因為在壹個與外界完全隔絕、關閉空調的房間裏，所有電線產生的能量最終都會變成熱量。在空間站上，太陽能電池板的能量進入空間站，使航天電子儀器等所有系統工作，它們都產生熱量。因此，必須采取措施避免超過人所能承受的熱極限。
有兩種方法可以解決這個問題。被動方法之壹是在表面使用隔熱材料或塗隔熱塗層，以減少每個艙壁的熱量損失。聚酯薄膜可以防止太陽的熱輻射進來。用聚酯纖維將各層聚酯薄膜隔開，可以阻隔層間的熱傳導，保證輻射通過這個“毯子”成為主要的傳熱方式，既防止了太陽輻射的損失，又防止了太空中的寒流穿透空間站的金屬外殼；二是用電熱絲加熱所有地方；三是用充滿液體的管道傳熱，使之平衡。
另壹種方法是主動方法。它是壹個冷板——壹個直接傳熱的金屬板。高熱發生器附在冷板上，冷水由每分鐘1700轉的渦輪循環。使用熱交換器將熱量收集到液氨中，然後將熱量傳遞給水。因為空間站外的循環水很快就會結冰，為了讓這些液體系統工作，余熱要第壹時間交換到另壹個含有氨的循環中。在正常大氣壓下，氨要到零下77度才會結冰。加熱的氨流經安裝在空間站外的巨大散熱器，在流動中釋放熱量和冷卻。使用類似太陽能電池板的大型熱電阻將收集的熱量輻射到太空中。空間站外部散熱器采用蜂窩鋁板，14塊，總面積156平方米。
最後，空間站內部的氣流必須平衡。在空間站零重力條件下，熱空氣不會上升，冷空氣不會下降。我們應該盡量創造合適的空氣流動來防止冷點，因為這樣的冷點會引起凝結、電火花、嚴重的腐蝕甚至促進微生物的生長。俄羅斯和平號上出現了腐蝕性黴菌。
太空家政
宇航員需要撿垃圾還是打掃廚房？太空中有家政人員嗎？
空間狹小的空間站只能容納3-7人，大家都在承擔繁重的科技工作，沒有閑人專門做家務。因此，空間站內的所有食物都是由美國航天飛機或俄羅斯貨船“進步”號運送的，不需要機組人員自己制作食物。船員們可以從豐富的菜單中選擇他們喜歡的食物。大多數食物都經過加工，裝在小袋子或小罐頭裏。有些食物已經脫水，加熱水就可以吃了。袋裝和罐裝的食物只能加熱食用，還有少量的生蔬菜和水果。但這些食物並不需要放入冰箱，只需常溫保存即可；空間站上有壹個小冰箱，但由於電力原因無法持續使用。
空間站上有爐子，最初是俄羅斯制造的公文包大小的小型食物加熱器或者美國制造的便攜式食物加熱器，這兩種都是導熱爐，而不是微波爐。後來有了微波爐，但仍不是最終的太空爐，還需要改進。
當航天飛機抵達時，它帶來了水和食物等新的物資，當它返回時，它成為世界上最昂貴的垃圾車，將密封的垃圾箱運回地球。而俄羅斯的“進步”號貨船更神奇，帶來新的補給，到達後卸載。然後，垃圾桶被放入“進步”號，密封。離開空間站後，它進入低軌道，並在控制下重返大氣層。在此期間，“進步”號和垃圾燒成灰燼，落入海洋。
管道系統的復雜銷和綜
在地球上，打開浴室的水龍頭，水就會流出來。沖完廁所，水就流走了。但是在太空中，衛生設施呢？例如，在零重力下，水將如何流動？沖馬桶的水會自動掉下來嗎？
大多數時候，空間站就像瓶中船壹樣工作，與外界完全隔絕。只有當航天飛機和進步號飛船為空間站帶來空氣和水，聯盟號飛船替換乘員和宇航員出艙進行太空行走時，對接端口或密封室才會打開。空間站最重要的是有效防止空氣泄漏，確保水的再循環。
正因如此，空間站的外表面和內壁布滿了復雜的管道網絡。在這些管道中，液體和氣體是保證船員健康所必需的。由於太空的特殊環境，空間站上的管道必須體積小，重量輕，耐腐蝕，不泄漏，不滋生微生物，非常可靠。為了滿足這些要求，空間站上的管道全部由鈦、不銹鋼或纏繞在金屬網上的特氟隆(PTFE)等昂貴材料制成。
空間站上的管道必須在沒有重力的幫助下工作。在沒有重力的情況下，流體只會停留在那裏，除非有壓力推動它們。為了使液體流動，空間站的管道系統中有幾十個泵和風扇，增加了輸送液體和氣體所需的壓力。可想而知，空間站上的廁所和地面上的廁所明顯不壹樣。廁所沒有重力根本無法工作，所以空間站用特殊的吸管清除人類排泄物。
國際空間站的通信采用了俄羅斯和平號空間站的經驗，鼓勵機組人員打電話回家。每個船員都有可視電話，每周都可以給家裏打電話。劇組還可以每天收發郵件，沒有人會覺得遠離家人。
在太空中制造氧氣、回收水、建立溫度控制系統等保證人類在太空中生命安全的系統被稱為“生命保障系統”。科學家們已經開始研究高級生命支持系統，即微型地球環境。總有壹天，人類將最終能夠在太空中吃到自己的食物，呼吸到太空植物提供的氧氣，喝到太空植物凈化的水。