Woher kommt der Sauerstoff der Raumstation?

Wenn es auf dieser Welt etwas gibt, das für das Überleben unerlässlich ist, aber kein Geld kostet, dann ist es Sauerstoff.

Sauerstoff ist auf der Erdoberfläche allgegenwärtig und da er farb- und geruchlos ist, übersehen wir oft seine Existenz. Allerdings ist dieser Sauerstoff, den wir nicht wertschätzen, im Weltraum äußerst schwer zu finden. Der Weltraum ist nahezu ein Vakuum, in dem es für den Menschen nicht nur keinen Sauerstoff zum Atmen gibt, sondern auch keine anderen Gase. Wenn dies der Fall ist, wie können Menschen, die nicht einmal für einen Moment mit dem Atmen aufhören können, im Weltraum heimisch werden? Die Raumstation ist seit Jahrzehnten in Betrieb. Warum ist der Sauerstoff darin noch nicht erschöpft? Eine Vakuumumgebung ist für Menschen sehr gefährlich, nicht nur, weil man in einer Vakuumumgebung nicht atmen kann, sondern auch, weil menschliches Blut in einer Vakuumumgebung kochen und verdampfen kann. Warum? Denn der Siedepunkt einer Flüssigkeit hängt eng mit dem umgebenden Luftdruck zusammen.

In einer Umgebung mit absolutem Vakuum liegt der Siedepunkt von Wasser nahe 0 °C. Obwohl der Weltraum kein absolutes Vakuum ist, übersteigt der Siedepunkt von Wasser nicht 10 °C. Daher ist es offensichtlich, was passiert, wenn der menschliche Körper einer Vakuumumgebung ausgesetzt wird.

Wenn die Menschheit also in den Weltraum möchte, muss sie als Erstes ein Problem lösen: die Luft. Um in den Weltraum zu reisen, muss man chemisch angetriebene Raketen verwenden. Allerdings ist die Nutzlast chemisch angetriebener Raketen sehr begrenzt. Jede Gewichtszunahme führt zu einer erheblichen Erhöhung der Startkosten, daher transportierten die ersten Raumsonden reinen Sauerstoff. Die Luft auf der Erdoberfläche besteht aus verschiedenen Gasen, darunter Stickstoff, Argon, Kohlendioxid, Wasserdampf usw., und der Mensch benötigt zum Atmen nur Sauerstoff. Um Transportraum zu sparen und das Transportgewicht zu reduzieren, wurden Raumfahrzeuge daher mit einer Umgebung mit reinem Sauerstoff unter niedrigem Druck ausgestattet.

Eine Umgebung mit reinem Sauerstoff ist äußerst gefährlich, Unfälle sind daher unvermeidlich. In den 1960er Jahren kam es sowohl in den USA als auch in der Sowjetunion zu Bränden in Testkammern mit reinem Sauerstoff, bei denen mehrere Astronauten ums Leben kamen, so dass der Sauerstoffanteil anschließend reduziert werden musste.

In der späteren Internationalen Raumstation war die Zusammensetzung der Luft nahezu dieselbe wie auf der Erdoberfläche. Die Frage ist also: Wenn der Sauerstoffanteil abnimmt, nehmen der Platzbedarf und das Gewicht deutlich zu. Ist es möglich, dass die gesamte Luft in der Internationalen Raumstation von der Erde transportiert wird? Natürlich nicht, denn dann wäre es zu teuer. Der Transport eines Kilogramms Versorgungsgüter in den Weltraum kostet im Durchschnitt etwa 50.000 Dollar, und ein Mensch benötigt etwa 600 Liter Sauerstoff pro Tag. Astronauten leben mehrere Monate in der Raumstation und es wäre zu kostspielig, sich für die Sauerstoffversorgung auf Transportmittel zu verlassen.

Tatsächlich wird der Sauerstoff in der Raumstation hauptsächlich durch Elektrolyse von Wasser bereitgestellt.

Die Elektrolyse von Wasser ist eine sehr einfache chemische Reaktion, die lediglich Strom und Wasser erfordert. Der Strom kann durch Solarzellen auf der Raumstation bereitgestellt werden. Die Effizienz der Elektrolyse von Wasser zur Erzeugung von Sauerstoff ist sehr hoch. Nach der Elektrolyse kann 1 Liter Wasser mehr als 600 Liter Sauerstoff produzieren, was bedeutet, dass 1 Liter Wasser den täglichen Sauerstoffbedarf eines Menschen decken kann. Die Frage ist also: Woher kommt das für die Elektrolyse benötigte Wasser? Wasser kann recycelt werden. Durch die Elektrolyse von Wasser kann neben Sauerstoff auch Wasserstoff erzeugt werden. Beim Atmen des Menschen entsteht Kohlendioxid. Wasserstoff und Kohlendioxid können kombiniert und wieder zu Wasser und Methan reduziert werden.

In der Raumstation ist der Wasserverbrauch sehr gering, da nicht nur der Prozess der Wasserelektrolyse, sondern auch andere Wassernutzungen, sogar Trinkwasser, recycelt werden können.

Kann das Wasser, das wir trinken, recycelt werden? Ja. Ein amerikanischer Astronaut sagte einmal ein berühmtes Sprichwort, das auch heute noch unter Astronauten weit verbreitet ist: „Der Kaffee von heute ist der Kaffee von morgen.“ Da die Wasserressourcen in der Raumstation äußerst kostbar sind, wird sogar Urin durch ein leistungsstarkes Filtersystem wieder in Trinkwasser umgewandelt. Obwohl das Luft- und Wasserzirkulationssystem der Raumstation äußerst leistungsstark ist, kann keine hundertprozentige Wiederverwertung erreicht werden. Daher sind gelegentlich Versorgungsraumschiffe erforderlich, um Sauerstoff und Wasser sowie natürlich auch Nahrungsmittel zu liefern, mit denen sich die Raumstation nicht selbst versorgen kann.

Astronauten werden nicht für immer in der Raumstation bleiben. Manchmal müssen sie das Fahrzeug verlassen, um Aufgaben zu erledigen, und Raumfahrt ist etwas anderes als Tauchen.

Beim Tauchen genügt eine Sauerstoffflasche, um den zum Atmen benötigten Sauerstoff bereitzustellen. Wenn Sie jedoch den Weltraum verlassen, benötigen Sie nicht nur Sauerstoff zum Atmen, sondern Sie müssen auch den Raumanzug mit Sauerstoff füllen, um ihn unter Druck zu setzen, da der menschliche Körper keinem Vakuum ausgesetzt werden kann. Warum werden Raumanzüge mit Sauerstoff und nicht mit Luft gefüllt? Denn die Niederdruckumgebung aus reinem Sauerstoff ist derzeit die idealste Umgebung im Inneren eines Raumanzugs. Astronauten verlassen das Raumschiff, um Missionen durchzuführen, und im Weltraum herrscht nahezu ein Vakuum. Wenn der Druck im Raumanzug zu hoch ist, dehnt sich der Anzug übermäßig aus und der Astronaut wird zu einem Ballon und kann sich nicht mehr frei bewegen. Darüber hinaus sind die Bedingungen im Raumanzug nicht so kompliziert wie in der Raumstation, sodass von der reinen Sauerstoffumgebung keine Gefahr ausgeht.

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