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对人类来说,氧气是最基本的生存条件。在航天器中,一旦舱内没有氧气,15秒内就会危及航天员的生命。然而,航天器中的氧气并不是随便放的,一个不小心,就会威胁到航天员的健康和生命。

在地球上,人类赖以生存的空气主要由氮气、氧气、二氧化碳组成,此外还有少量的惰性气体。尽管其中的氧气成分是物质代谢必需的,也是人体生命活动最基础的保障,但人类对氧气的需求却是非常苛刻的,吸入浓度过高或过低的氧气都会危及生命。

海平面上,人体肺泡正常的氧分压为13.3~13.7 kPa,二氧化碳分压为5.3 kPa,饱和水蒸气分压是6.3 kPa。随着海拔高度的增加,大气中的氧分压会随之降低。高空环境中,人体很容易缺氧,危及身体健康和生命。

气体分压:气体分压是指气体混合物中某一种气体在相同温度下占气体混合物相同体积时所形成的的压力。比如氧分压,可以理解为,常温下单位体积空气中的氧气在单位体积中形成的压力。

在载人飞行中,通过保证航天器中航天员肺泡内氧分压接近于地面时的氧分压,使航天员们能自由呼吸。通常,航天员在太空缺氧的情况有这两种:

暴发性缺氧

当载人航天器内发生气体压力急速下降的情况并下降到11.6kPa以下时,人体肺泡内会充满二氧化碳和水蒸气。由于人体外压力过小,身体无法从外界获得任何氧气,经过10余秒钟的时间便会丧失意识,这就是爆发性缺氧。

这时,人体脑组织里储存的氧气也丧失殆尽,如果不立即吸氧急救,航天员便会死亡。

急性缺氧

急性缺氧发生在载人航天器内气体压力快速降到20kPa以下时,这时脑组织里储存的氧气已经降到意识开始丧失的程度。从气压降到20kPa开始,经数分钟到10余分钟后,人体意识便会丧失。

通常,这种情况发生在载人航天器被太空碎片击破或自身故障导致漏气的时候。

那么,一旦航天器内氧气浓度过高了又会发生什么呢?正常情况下,人体内氧化和抗氧化运动处于动态平衡。人体内的氧气产生的氧自由基会与细胞内的抗氧化剂,比如一些维生素或是酶,发生反应进而清除氧自由基,这是人体自我保护的一种本领。

如果过量吸入氧气,氧化和抗氧化的平衡就被打破了,进而引起人体的高氧反应,也就是氧中毒。

这时,人体内会产生大量非常活跃的氧自由基,它们会攻击和杀死各种细胞,这就导致细胞和器官的代谢和功能障碍,甚至诱发基因突变和癌症。

因此,为了营造航天器中的大气环境,维持航天器舱内气体压力与氧气、二氧化碳的浓度是非常重要的。在空间飞行过程中,由于失重环境的影响,载人航天器舱内没有气体对流,二氧化碳气体不会因为比重大而自然下沉,这可能会导致另一种缺氧情况的出现。

当航天员睡觉时,由于没有气体对流,呼出的二氧化碳会在头部周围聚集,浓度越来越高,时间久了,航天员会缺氧,然后在不知不觉中丧失生命。为了防止这一情况,必须在舱内进行强迫对流,驱除呼吸区的二氧化碳。同时,还要对舱内空气进行净化,以便维持舱内二氧化碳的正常浓度。

所以,航天器中的氧气可不能手滑,不管浓淡都事关航天员的性命。

绝不能手滑,航天器中的氧气到底该放多少

来源/《中国载人航天科普丛书·飞天英雄》

改编/杨斯爽

审校/杨洁

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绝不能手滑,航天器中的氧气到底该放多少