首頁資訊循環(huán)用水、太空空調(diào)、WiFi覆蓋太空“出差”用上哪些高科技

循環(huán)用水、太空空調(diào)、WiFi覆蓋太空“出差”用上哪些高科技

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月15日 19:04

8月31日，中國載人航天工程辦公室官方發(fā)布神舟十二號航天員在軌拍攝的高清大圖。圖為8月24日晚上9點(diǎn)41分，太平洋上空，核心艙組合體的太陽能帆板如同引領(lǐng)中國航天邁向浩瀚宇宙的指針，指向更遙遠(yuǎn)燦爛的未來。據(jù)了解，太陽能帆板是“太空電站”的重要組成部分。（視頻截圖）（聶海勝/中國載人航天工程辦公室/CCTV+/視覺中國）

被稱為“太空出差三人組”的聶海勝、劉伯明、湯洪波在距離地表上空400千米處打造的“太空家園”，進(jìn)行了近三個(gè)月的工作生活。如今，“太空出差三人組”已進(jìn)入返航倒計(jì)時(shí)。在軌駐留近三個(gè)月時(shí)間里，他們的一舉一動(dòng)一直備受世界關(guān)注。與以往相比，航天員的太空生活有了很大變化：

夠大——艙內(nèi)活動(dòng)空間從天宮一號的15立方米提升到了整站的110立方米，從“筒子樓”搬進(jìn)了“豪宅”，“三室一衛(wèi)”，外加“太空實(shí)驗(yàn)室”“太空廚房”“太空健身房”“太空醫(yī)院”，等等。

夠便捷——從“站睡”到“躺睡”，并且可以在包裹式淋浴間手持噴槍把自己擦拭干凈，更加便利地進(jìn)行“天地對話”，實(shí)現(xiàn)了“睡覺自由”“沐浴自由”“通話自由”。

夠智能——有了移動(dòng)WiFi，配備手持終端，航天員可通過APP調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境。

……

一系列變化背后，也是一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破。記者帶您一起了解哪些“黑科技”為神舟十二號乘組在空間站的精彩生活保駕護(hù)航——

1 水汽、尿液等循環(huán)再利用產(chǎn)生的水約占航天員用水的八成

在太空怎么喝水，是航天員們經(jīng)常被問及的問題。這件在我們?nèi)粘Ｉ钪休p而易舉的事情，在太空上卻變得復(fù)雜和困難。

在“開學(xué)第一課”以及前不久舉辦的“時(shí)代精神耀香江”之仰望星空話天宮活動(dòng)中，正在“出差”的航天員們實(shí)時(shí)展示了如何喝到游離的太空水。

眾所周知，水是生命之源。那么，在無水的太空環(huán)境中，航天員們的用水從何而來？

記者了解到，太空用水并非源自同一個(gè)渠道。

根據(jù)載人航天器的型號和任務(wù)不同，其來源也不同：對于短期的在軌駐留任務(wù)，主要是直接攜帶；而中長期在軌駐留任務(wù)，則涉及利用環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)對水資源進(jìn)行循環(huán)利用。

此次，神舟十二號乘組三個(gè)月的在軌駐留時(shí)長就屬于中長期任務(wù)。除了在神舟十二號飛行任務(wù)開始前，“快遞小哥”天舟二號貨運(yùn)飛船先行為航天員運(yùn)送的補(bǔ)給中包括的10余個(gè)軟體水囊外，還需要通過自行生產(chǎn)和循環(huán)再利用方式獲取水。

自行生產(chǎn)方式主要是使用燃料電池生成水。氫和氧在催化劑作用下，分別在兩個(gè)電極上氧化成水。這種水先經(jīng)過冷卻器冷卻，使溫度下降到18至24℃，然后進(jìn)入銀離子消毒器經(jīng)凈化處理送入貯水箱。

而循環(huán)再利用方式，則是通過空間站的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)。依靠這一系統(tǒng)，可以在空間站通過冷凝干燥組件收集航天員呼出的水汽，再通過凈化裝置轉(zhuǎn)為可供飲用的再生水；尿液也能收集處理為蒸餾水，經(jīng)雜質(zhì)過濾、去除離子污染物、去除有機(jī)物等過程后，轉(zhuǎn)化為可飲用的再生水。

據(jù)中國航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師王春慧介紹：“再生式生命保障系統(tǒng)，關(guān)系到中國空間站將來能不能可持續(xù)運(yùn)行，是真正在軌運(yùn)行下去的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)?！?/p>

而全面驗(yàn)證包括再生生保系統(tǒng)在內(nèi)的航天員長期駐留保障技術(shù)，也是神舟十二號飛行任務(wù)之一。

從再生生保系統(tǒng)運(yùn)行的頭一個(gè)月情況來看，三名航天員每天大概需要的水是11到12升，其中通過再生生保系統(tǒng)生成的水約有9升，水資源閉合度達(dá)到了80%，再加上二氧化碳還原所產(chǎn)生的水，閉合度可達(dá)90%以上。

除了水的循環(huán)利用，再生生保系統(tǒng)還包括電解制氧、二氧化碳的去除、微量有害氣體的去除等子系統(tǒng)。

此前，環(huán)控生保團(tuán)隊(duì)算了這樣一筆賬：如果不采用再生生保系統(tǒng)，三名航天員在軌一年大約需要氧氣瓶83個(gè)、重量2.2噸，需要應(yīng)急二氧化碳凈化器130個(gè)、重量也是2.2噸，還有微量有害氣體的凈化設(shè)備、水箱等，涉及物資合計(jì)約7.5噸。而使用再生生保系統(tǒng)后，僅需有關(guān)物資1.1噸?！翱梢娫偕Ｏ到y(tǒng)對于整個(gè)空間站的長期運(yùn)行來說，是非常重要的，而我們這個(gè)技術(shù)目前通過在軌驗(yàn)證還是非常好的?！蓖醮夯壅f。

2 太空醫(yī)院適時(shí)監(jiān)測健康狀況，太空空調(diào)過濾異味制造氧氣

采血、眼底檢查、超聲檢查、骨密度測試……在公開的視頻中，三名航天員進(jìn)行健康狀況監(jiān)測的場景，引起廣泛關(guān)注。

在太空中，航天員的身體健康狀況尤為重要，設(shè)計(jì)人員打造了專門的“太空醫(yī)院”為他們保駕護(hù)航。

對于航天員身體健康狀況的監(jiān)測，從他們出征那一刻便開始了。監(jiān)測設(shè)備便是在出征儀式上佩戴在航天員大腿外側(cè)的兩個(gè)銀灰色盒子，它們分別是生理信號測試盒、心電記錄裝置。

生理信號測試盒，可實(shí)時(shí)檢測航天員飛行過程中的心電、呼吸、體溫等生理指標(biāo)，下傳至地面指揮中心，由地面醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行診斷。心電記錄裝置，用于心電信號的采樣與存儲(chǔ)，待航天員返回后分析其心電數(shù)據(jù)。

6月17日，電視里反復(fù)播放著三名航天員出征時(shí)的鏡頭，中國航天科工集團(tuán)航天三江紅峰公司副主任設(shè)計(jì)師唐輝既興奮又緊張。他告訴記者，他參與設(shè)計(jì)的這兩樣“太空醫(yī)院”產(chǎn)品，成為最先了解三位航天員身心健康狀況的“人”。

而在核心艙，除了對艙內(nèi)溫度、濕度、空氣壓力、微重力環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的設(shè)備之外，還安裝了很多監(jiān)測航天員身體狀況的醫(yī)學(xué)監(jiān)測設(shè)備。比如，常規(guī)醫(yī)監(jiān)設(shè)備可以為航天員在長期飛行中的生理健康狀態(tài)和功能提供全面有效的醫(yī)學(xué)監(jiān)督和保障；睡眠監(jiān)護(hù)儀能夠采集航天員睡眠時(shí)產(chǎn)生的多路生理信號，為航天員睡眠質(zhì)量做定期評價(jià)提供數(shù)據(jù)；無創(chuàng)血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)護(hù)儀能夠?qū)崿F(xiàn)對航天員一導(dǎo)心電和二導(dǎo)脈搏的無創(chuàng)監(jiān)測，協(xié)助完成航天員的脈搏量、心排量、外周血管阻力等各項(xiàng)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的健康監(jiān)督。

如果航天員出現(xiàn)肌肉疲勞，“太空醫(yī)院”的“太空按摩儀”還可提供按摩服務(wù)，對航天員進(jìn)行電脈沖刺激，協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練。至于航天員的心理狀況，“太空醫(yī)院”還會(huì)把相關(guān)指標(biāo)發(fā)送到地面，由專家適時(shí)進(jìn)行心理干預(yù)。

不僅如此，設(shè)計(jì)人員還打造了“太空廚房”“太空健身房”“太空空調(diào)”等，為航天員的身心健康保駕護(hù)航。

米飯、魚香肉絲、宮保雞丁、紅糖糍粑、干果……記者了解到，為保證航天員吃得好，空間站配備了120多種航天食品，有葷有素、有主有副。雖然不能像在地面上一樣現(xiàn)炒現(xiàn)吃，但“太空廚房”配備的熱風(fēng)裝置、微波加熱裝置、冰箱等，足以保證讓航天員吃上美味的家鄉(xiāng)菜。

據(jù)介紹，由于太空失重環(huán)境的影響，短期航天飛行后，人會(huì)損失10%至20%的肌肉，如不采取積極健身的對抗措施，在長期飛行中肌肉可能丟失50%?！疤战∩矸俊迸鋫涞呐懿綑C(jī)、健身車、拉力器等健身器械，就是防止他們肌肉萎縮和骨質(zhì)流失、保障他們生命健康的重要手段。“太空空調(diào)”則為航天員們提供了更宜居的環(huán)境。

太空生活更加舒適的背后，離不開技術(shù)的強(qiáng)大支撐。

以太空冰箱為例。食品冷藏設(shè)備應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，不僅要克服發(fā)射升空過程中的強(qiáng)烈震動(dòng)沖擊，同時(shí)還要克服太空微重力環(huán)境下傳熱機(jī)理及均勻溫度場的難題。對此，科研人員實(shí)現(xiàn)了抗震性能、制冷效率等方面的技術(shù)突破，才能為航天員長期在軌駐留生活提供食品低溫存儲(chǔ)服務(wù)。

“飛船中液路截止閥和氣體流量調(diào)節(jié)閥是‘太空空調(diào)’的主要組成部件?！碧戚x告訴記者，液路截止閥是開啟或截止內(nèi)回路部分分支流量，以調(diào)整內(nèi)回路中的不同工作狀態(tài)；氣體流量調(diào)節(jié)閥功能是通過閥門開口量的調(diào)節(jié)，讓艙內(nèi)的氣體流動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)對艙內(nèi)溫度的控制，保證艙中航天員具有合適的溫度環(huán)境，“通?？刂圃?0多度”。除此之外，“太空空調(diào)”系統(tǒng)，還有過濾異味與顆粒物、制造氧氣等功能。

3 空間站W(wǎng)iFi覆蓋，通信鏈路的下行速率與5G相當(dāng)，時(shí)延僅為秒級

如同PS調(diào)色的紅色湖水、來自大西洋的最后一滴眼淚、時(shí)隔九年再見的“曲線”……9月9日，神舟十二號航天員第二批在軌拍攝的高清圖片出爐，讓我們再次領(lǐng)略了壯美地球。

此前，航天員還多次與地面進(jìn)行畫面清晰、聲音響亮的“天地對話”，拍攝并傳回高清圖片、vlog等。這些跨越時(shí)空的通信之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，離不開空間站、天鏈中繼衛(wèi)星和地面站的共同參與。

在我們的生活中，WiFi的重要性不言而喻。設(shè)計(jì)師們在之前的總體設(shè)計(jì)方案上不斷升級，采用全新的信息技術(shù)，讓空間站也實(shí)現(xiàn)了WiFi覆蓋。這一設(shè)計(jì)大大提高了航天員太空生活的便利性和舒適度。

6月18日上午，在空間站里的第一個(gè)早晨，三名航天員就干了一件讓許多網(wǎng)友都非常熟悉的事——給空間站安裝無線WiFi設(shè)備。

據(jù)介紹，天上的網(wǎng)和地上的網(wǎng)是連成一體的，有了WiFi之后，航天員就可以和地面人員，甚至是他們的家人進(jìn)行順暢溝通和視頻通話。

有著航天員“女教頭”之稱的中國載人航天工程航天員系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師黃偉芬此前在接受采訪時(shí)就表示，除了日常的科研工作外，航天員在閑暇的時(shí)間里，可以聽音樂、玩游戲、看視頻，實(shí)時(shí)觀看電視直播，也可以隨時(shí)給地面打電話?！翱梢钥葱侣劼?lián)播，而且是實(shí)況直播；還可以和家人、朋友、同事通電話，通過局域網(wǎng)絡(luò)給地面發(fā)送文字短信、圖片、視頻等等?！秉S偉芬稱。

記者了解到，在天和核心艙，10余臺(tái)有線和無線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、有線和藍(lán)牙耳機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等都可作為網(wǎng)絡(luò)終端。這些終端將采集到的圖像和語音數(shù)據(jù)等通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線WiFi連接至艙內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過高速通信處理器經(jīng)中繼鏈路傳輸?shù)降孛?。就好比在地面上，我們打電話、發(fā)短信要通過手機(jī)天線一樣，空間站與地面的聯(lián)系，絕大部分靠核心艙上的中繼天線完成。通信鏈路的下行速率是1.2G，與地面5G通信速率相當(dāng)。中繼衛(wèi)星地面站實(shí)時(shí)接收太空數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳到北京航天飛行控制中心，再根據(jù)不同標(biāo)識(shí)進(jìn)行自動(dòng)分發(fā)，時(shí)延僅為秒級。

將新技術(shù)應(yīng)用在空間站，是中國空間站相較于其他在軌空間站的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢。

基于空間站的WiFi網(wǎng)絡(luò)，一些“接地氣”的技術(shù)在中國空間站上也得到了應(yīng)用，航天員在艙內(nèi)工作生活的舒適性方面有了大幅提高。如智能家居技術(shù)。每名航天員都配備有手持終端，他們可以根據(jù)個(gè)人需求，通過APP調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境，遠(yuǎn)程控制“太空廚房”的微波爐等。如設(shè)置私密語音通道，讓航天員可以跟家人說上“悄悄話”。

還有從有線大耳機(jī)到無線內(nèi)嵌式骨傳導(dǎo)耳機(jī)的變化。航天員們佩戴著小巧精致的骨傳導(dǎo)耳機(jī)，連接手機(jī)藍(lán)牙后，再通過WiFi連接艙內(nèi)設(shè)備，方便他們在各個(gè)艙段相互通話、在任何位置與地面通話，不僅語音效果更好，而且久戴不痛，不會(huì)導(dǎo)致聽力下降……

這些技術(shù)在民用領(lǐng)域很普遍，但是在太空中在軌使用，仍需要經(jīng)過一番改造。而這一切都是為了保障長期飛行的航天員有效地工作、舒適地生活，這是我國載人航天工程技術(shù)的進(jìn)步，也是理念的進(jìn)步。

網(wǎng)址: 循環(huán)用水、太空空調(diào)、WiFi覆蓋太空“出差”用上哪些高科技 http://www.u1s5d6.cn/newsview550448.html