航天员清洁空气需求：飞船座舱大气污染控制与净化措施

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清洁的空气对于宇航员来说至关重要。航天器座舱大气的污染主要来自航天员自身以及座舱内非金属材料或仪器的挥发物。国外研究表明，驾驶舱内检测到的污染物超过300种，涉及多种化合物，但大多数浓度很低。普遍列为重点去除目标的大气污染物有20余种。在舱内有害气体允许浓度标准方面，空间站比航天器或航天飞机要严格得多，因为空间站在轨运行周期较长。

虽然航天器座舱内的有害物质含量很少，但长期生活在这样的环境中，对人体健康也是不利的，必须加以控制。去除微量有害气体或有害物质常用的方法有吸附法、催化法和过滤法三种。根据微量污染物的类型、性质和控制要求，可采用不同的净化措施。

二氧化碳是机舱内最有害的气体，主要来自人体的呼吸代谢。平均而言，一个人每天吸入约576升氧气（标准条件），并产生约490升二氧化碳（标准条件）。如果不采取有效措施，舱内二氧化碳浓度将迅速上升，危及人体健康和安全。通常要求舱内二氧化碳分压不应大于1kPa，达到2kPa时应触发报警。显然，二氧化碳是舱内气氛净化的重点。

目前，神舟飞船飞行周期较短，采用非再生式二氧化碳净化方案，采用无水氢氧化锂（LiOH）作为舱内二氧化碳的净化剂。净化罐采用径流方式，流阻小，反应效率高。舱内空气通过特殊风扇引入净化槽。无水LiOH首先吸收气流中的水蒸气生成氢氧化锂水合物，然后与二氧化碳反应生成H2O并放出热量。净化后的空气流回机舱。净化罐的数量根据任务人日数进行配置，并由宇航员在使用过程中进行切换。净化风机是净化装置正常运行的关键。为了提高其可靠性，采用了双风扇方案。一旦主风机出现故障，可自动切换至辅风机工作状态。

航天器座舱二氧化碳净化组件及座舱换气扇

利用高效活性炭作为吸附剂吸收舱内异味和微量有害烃类气体是载人航天器上最常用的方法，特别适用于航天器等短期飞行的航天器。一般将高效活性炭和少量常温催化剂组合在二氧化碳净化罐中，形成组合净化装置，不仅可以去除二氧化碳，还可以去除微量有害物质。此外，垃圾收集系统中还专门配置了以高效活性炭为主要吸附剂的除臭罐，消除排便、排尿时产生的臭味并杀灭细菌。

对于去除CO、CH4、C2H2和H2等低沸点化合物，活性炭无能为力。在长期飞行的空间站中，此类微量气体不容忽视，去除它们的有效方法是催化燃烧。和平号空间站就配备了这种催化装置。

过滤是消除客舱大气中灰尘、气溶胶等有害物质的有效手段。除了在净化通风管道和净化罐中添加过滤材料外，空间站舱内还配备了专门设计的过滤装置。过滤材料有超细玻璃纤维或合成纤维制成的紧密滤纸、无纺布等，均具有良好的过滤能力。

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文字来源：中国载人航天企鹅《测天神舟——揭秘载人飞船的秘密》

审稿人：邢强博士，小火箭