向着星⾠与深渊,在太空中冒险需要注意什么?

作者: 不爱物理的⼩明

来源: 中科院物理所

发布日期: 2022-09-15 10:43:35

本文探讨了在太空中⽣活所需注意的⽅⾯,包括微重⼒环境、强辐射防护、氧⽓和⽔的⽣产、以及如何在太空中发电。通过分析问天实验舱的成功案例,展示了在太空中建⽴⽣态系统和⽣产必需品的潜在⽅法。

如果⼈类真的能像科幻电影和⼩说中⼀样,能在⻓久地在太空中航⾏,想想是不是有点⼩激动呢?前不久我国发射的问天实验舱舱携带的⽔稻种⼦和拟南芥种⼦成功发芽,⽬前⻓势良好。⻓成的太空⽔稻还有⼀个好听的名字叫“⼩薇”。问天实验舱还搭载了⼀个⽣命⽣态实验柜,在其中放置了藻类,⽔槽和斑⻢⻥形成了⼀个微⼩的⽣态系统。通过观察微型⽣态系统的⽣命参数可以为将来在太空中建⽴⼤型⽣态系统打好基础。

在太空中⽣活需要注意些什么呢?⾸先,我们在太空中是感受不到重⼒的,⼤家可以随便⻜!这是因为,当我们在宇宙⻜船、空间站或者⽉球上时,由于它们都绕着地球转动有⼀个向⼼加速度,可以作为⼀个⾮惯性参考系。我们在其中会受到惯性⼒,这个惯性⼒也可以被称为惯性离⼼⼒,⼒的⼤⼩与地球的万有引⼒相同,⽅向与万有引⼒相反,所以就感受不到地球的重⼒了。

在电影星际穿越中,主⻆团们在进⼊空间站后通过使空间站⾃转⽽模拟出了重⼒,这个重⼒实际上是由于空间站⾃转⽽产⽣的另⼀个惯性离⼼⼒。

宇宙中的强辐射⼀般是⾼能量的粒⼦。⼀⽅⾯是始终存在的来⾃宇宙深处的⾼能质⼦,离⼦,或者介⼦等带电粒⼦;另⼀⽅⾯是偶然发⽣的太阳质⼦事件。宇宙射线中最⾼能量的粒⼦的能量甚⾄能达到地球上加速器所能提供最⼤能量的⼏千万倍。⾼能粒⼦照射到物体表⾯,会与物体表⾯的上的原⼦、分⼦发⽣相互作⽤。对于⼈体来说,强辐射会使⽪肤受到损伤,诱导细胞癌变。

要想在太空中⻓期⽣存,从地⾯上⾃带氧⽓和⽔毕竟是有限的,那么有哪些⽅便快捷的⽣产氧⽓和⽔的⽅法呢?电解⽔就是⼀个简单的⽅法。通过构造⼀个电解池,阳极处⽔分⼦被氧化失去电⼦⽣成氧⽓和氢离⼦,氧⽓随着⽔流排出,氢离⼦与固体聚合物膜内⽔分⼦结合后在电场的作⽤下迁移到阴极,阴极处氢离⼦得到外电路的电⼦被还原成氢⽓。

通过以上的分析过程,想要在太空中⽣存,不管是⽣产氧⽓和⽔,或者种植植物,更不⽤提空间站和仪器的运⾏,这些都是需要⼤量的能量或者电⼒。那么在太空中如何发电呢?能直接想到的⼀个⽅法当然是利⽤太阳能发电了,也就是利⽤光电效应将光能转化为电能。

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