神舟十五號載人飛船是我們中國空間站「T」字基本構型組裝完成後迎接的第一艘載人飛船,在2022年11月29日發射升空,至今已經在軌飛行了5個多月,按照計劃,神舟十五號飛船預計在6月初返回地球。
就在神舟十五號飛船發射升空之時,神舟十六號飛船就已經在發射場完成了總裝測試工作,進入應急救援待命狀態。按照計劃,神舟十六號飛船將在本月底發射升空,與神舟十五號飛船的航天員乘組實現在軌輪換。與此同時,神舟十七號載人飛船和神舟十八號載人飛船的總裝測試工作也已經在進行中,等神舟十六號飛船發射升空後,神舟十七號飛船預計也會進入待命狀態。
因為神舟十五號飛船、神舟十六號飛船的在軌時間都長達半年,在這麼長時間內,空間站、飛船可能會面臨空間碎片碰撞的威脅,如果發生碎片碰撞事件導致飛船受損沒法安全返回地球之時,在發射場處於待命狀態的新載人飛船就會緊急發射升空。
雖然我們之前已經發射了很多艘載人飛船前往中國空間站,但是即將發射的神舟十六號飛船有了一些變化。航天科技集團五院載人飛船系統總體主管設計師肖雪迪表示,從神舟十六號載人飛船開始是新批次的載人飛船,一方面是大幅度提升了元器件國產化率,提升了核心元器件的自主可控能力;另一方面則是改進了儀錶面板。
水哪裡來的?
外太空的環境和地面的環境截然不同,例如在地面我們會受到重力,但在太空飛行時我們卻處於失重狀態,幾乎沒有重力,整個人都會漂浮起來,在失重狀態下生活會面臨很多我們意想不到的困難。再例如在外太空飛行時,飛船、空間站的內部空間很狹小,搭載的各種物資(包括氧氣、食物、水)都是有限的,沒法像在地面那樣通過植物進行光合作用產生氧氣、有機物。
所以,為了讓人類可以在外太空長時間飛行,我們需要把地球環境「搬上天」,也就是在飛船、空間站內建立完善的生命保障系統,為航天員撐起生命「保護傘」。通過複雜的生命保障系統,飛船、空間站內可以維持恆溫、恆壓的環境,而食物、氧氣、水這些都是消耗品,對於人類的生存來說是至關重要的物質,這些消耗品的數量就決定了航天員在軌的天數,如果這些物資非常豐富,那在軌時間就很長,如果這些物資比較少,那航天員在軌時間就比較短。
在人類載人航天的初期,由於飛船空間不大,除了搭載食物、水、氧氣外,還搭載很多儀器設備,搭載的物資不多,限制了航天員在軌時間,一般一次飛行任務也就是幾天時間,甚至更多。後來隨著空間站這些更大型的載人航天器的出現,人類在軌時間變得越來越長了,國際空間站第一個艙段在1998年發射升空,自第一批宇航員進入國際空間站,在過去的20多年時間內,國際空間站一直處於有人值守的狀態。我們中國空間站也已經 運行了兩年多世紀,為什麼我們都沒有聽說過用完氧氣、水呢?
水作為一種消耗品,1名航天員1天大概需要2公斤飲用水,3名航天員每天需要12公斤的飲用水,3名航天員執行半年的飛行任務就至少需要1噸水,如果算上洗漱等用水,對水的需求量就更多了。為了讓空間站能夠一直保持有人值守的狀態,那每隔一段時間就需要發射一艘貨運飛船將這些物資送上空間站。例如在本月,我們就發射了天舟六號貨運飛船,將重達7.4噸的物資送到了中國空間站,這些物資將滿足神舟十六號飛船的3名航天員在軌半年的需要。
當然,如果完全通過貨運飛船進行水、氧氣這些消耗品的補給,成本非常高,所以在空間站內實現氧氣和水等物質「自產自銷」就顯得非常重要了。而想要在空間站內實現水、氧氣的「再生」難度非常大,不亞於將一座小型的工廠搬到外太空。
科學家研發的環控生保尿處理子系統及水處理凈化器就能達到這一個目標,其中尿處理子系統採用蒸汽壓縮蒸餾技術將對尿液進行蒸餾,然後再對得到的蒸餾水進行深度凈化、處理,把尿液中的水分提取出來再次利用,實現了空間站內水資源的循環,大大地降低了空間站的運營成本。
除了水的循環利用外,航天員還需要定期對水進行檢測,因為空間站內的水並不像在地面的水可以流動,所以為了飲用水的安全,就需要檢測水中的微生物情況,避免在飲用水中滋生致病微生物而影響到航天員們的身體健康。