新聞1+1丨環(huán)控生保系統(tǒng)，航天員的“保護傘”！

　　今天的新聞中的一件大事兒就是我們的問天實驗艙任務組織完成了發(fā)射前的系統(tǒng)間全區(qū)合練，這也意味著各項準備工作已經(jīng)妥當，就待擇機發(fā)射。而從地面到太空，從6月5號神舟十四號發(fā)射成功算起，我們的三名航天員也已經(jīng)在軌工作生活了47天。今天節(jié)目開始，我們先來看看他們今天的生活片段，看看他們都在忙些什么。

這是三名航天員今天吃早飯的畫面，正對著我們的是女航天員劉洋，最中間的是航天員陳冬，背對著鏡頭的是航天員蔡旭哲。

這是飯后的畫面，劉洋和陳東正在操作儀器，后面的蔡旭哲則是在鍛煉運動。

　　能看得出，大家的狀態(tài)不錯，實際上，最近幾天，航天員乘組正在加緊整理從天舟三號轉(zhuǎn)移出來的物資，還進行了接下來手控交會對接備份方案的訓練。這期間，他們還完成了一項重要的任務，見證了一個神奇的時刻。一起再看一下這個我們之前從未見過的瞬間。

　　這項工作是要在二氧化碳還原系統(tǒng)中，檢查一下水箱的轉(zhuǎn)化狀態(tài)。二氧化碳是哪里來的呢？是航天員呼吸出來的，而經(jīng)過系統(tǒng)又將還原轉(zhuǎn)化成什么呢？那就是水。

　　可以看到劉洋從系統(tǒng)中將水箱抽了出來。劉洋和蔡旭哲在檢查水箱的狀態(tài)。當然，之后還要將水箱接到處理系統(tǒng)進行凈化，最終生成純凈的再生水。怎么看待這個神奇的系統(tǒng)？多出來的這桶水，又能起到多大作用？更為重要的是，如何讓水、氧氣這樣的資源在太空中可以循環(huán)利用，“生生不息”？這其中，環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)又在發(fā)揮怎樣的作用？今天的節(jié)目，讓我們先從這次應用背后的過程說起。

　　二氧化碳可以轉(zhuǎn)化變成水？

　　5月10日，天舟四號貨運飛船搭乘長征七號遙五運載火箭飛向中國空間站。值得關(guān)注的是，隨貨運飛船一同升空的物品中，就包括一套二氧化碳還原系統(tǒng)。

　　中國航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師 吳大蔚：

　　它（二氧化碳還原系統(tǒng)）主要是能夠?qū)崿F(xiàn)再生，把我們?nèi)撕舫龅亩趸迹ㄟ^子系統(tǒng)能夠再進一步充分重新利用，再用于我們的空間站。

　　二氧化碳轉(zhuǎn)化后，重新利用的最終形式是什么？答案就是：水，可供航天員飲用的生活用水。

　　6月5日，神舟十四號載人飛船發(fā)射成功。航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲進駐空間站執(zhí)行的一系列重要任務中，就包括二氧化碳還原系統(tǒng)的相關(guān)工作。

　　按計劃，6月23日，三名航天員在地面人員的配合下完成了二氧化碳還原系統(tǒng)的組裝和測試工作。

　　組裝測試完成后，系統(tǒng)將會如何運轉(zhuǎn)？二氧化碳真的能成功轉(zhuǎn)化為水嗎？就在最近，答案揭曉。

　　實際上，在此之前，為了實現(xiàn)中國空間站航天員長期駐留的目標，讓水和氧氣等資源可以循環(huán)利用，“環(huán)控生保”系統(tǒng)早已投入使用，神舟十二號航天員工作生活的頭等大事就是安裝調(diào)試并體驗這套系統(tǒng)。

　　航天員 劉伯明：

　　再生水是怎么來的呢？主要有兩部分，一是艙內(nèi)我們收集的冷凝水，第二部分是我們收集尿液，進行尿處理形成的蒸餾水。

　　神舟十二號三個月的在軌飛行，三名航天員驗證了這套系統(tǒng)的全部功能，實現(xiàn)了空間站氧氣、水等資源的再生利用，還在太空喝上了功夫茶。

　　航天員 劉伯明：

　　我給大家表演一個喝功夫茶。

　　中國航天員科研訓練中心環(huán)控生保研究室副主任設(shè)計師 唐斌：

　　水資源的利用率我們設(shè)計的是85%，現(xiàn)在是完全滿足我們的設(shè)計指標，到后面現(xiàn)在一直使用的是再生水，對艙內(nèi)的氣體凈化也不需要消耗一些消耗品，它都是一個循環(huán)利用的過程，這樣就能夠保證長期的一個載人飛行任務。

　　新系統(tǒng) 新成果

　　實際上，短片中提到的將二氧化碳轉(zhuǎn)化為水的這一還原系統(tǒng)，是我們整個環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)的一部分。

　　這個系統(tǒng)的構(gòu)成非常復雜，它要為航天員提供大氣壓力、呼吸所需要的氧氣，及時去除空氣中的二氧化碳，去除微量有害氣體、微生物、微塵，保證良好的空氣質(zhì)量，控制舒適的空氣溫度和濕度，保障飲水、大小便等航天員生存的基本需要。簡單說就是為我們的航天員在太空環(huán)境里生存生活和工作提供保障，也被稱作航天員的生命“保護傘”。怎么看待最新的這套二氧化碳還原系統(tǒng)的應用？

　　接下來，我們馬上連線一位專家：中國航天員中心的副研究員、中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師李森。

　　經(jīng)二氧化碳還原系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的水，能直接喝嗎？好喝嗎？

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　這22升水不能直接喝，它們是二氧化碳還原子系統(tǒng)生成的還原水，還屬于中間水，后續(xù)經(jīng)過水處理系統(tǒng)凈化以后就可以喝了。應該說，不管是尿液還是汗液處理后產(chǎn)生的再生水，還是二氧化碳氣體還原轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的再生水，口感都是一樣的。

　　航天員能坦然飲用汗液、尿液處理后的再生水嗎？

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　我們在地面上進行過充分測試。我們從神舟十二號返回下行了在軌產(chǎn)生的再生水，然后在地面進行了全指標的測試，所有指標都是合格的，水質(zhì)完全符合飲用水要求。另外，航天員在地面上也經(jīng)歷了一段時間喝再生水的過程，所以航天員是可以坦然面對的。

　　中國空間站，水資源再生使用率已超90%

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　在此之前，我們的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)已經(jīng)通過5個再生子系統(tǒng)，也就是電解制氧子系統(tǒng)、二氧化碳去除子系統(tǒng)、微量有害氣體去除子系統(tǒng)、尿處理子系統(tǒng)、水處理子系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)了大氣和水的再生，水資源的物質(zhì)閉合度已經(jīng)超過了80%，而這次經(jīng)過二氧化碳還原子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，我們每天可以多回收一公斤左右的水，使水資源的物質(zhì)閉合度提高到了90%以上。

　　也就是說，在軌航天員喝的水，已經(jīng)有90%以上都是通過我們再生水產(chǎn)生的。當然也有一小部分是由地面通過貨運飛船上行補給的，這部分只占不到10%。

　　系統(tǒng)每生成一公斤再生水，等于節(jié)省一公斤黃金

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　在空間站里，通過系統(tǒng)生成一公斤水，也就意味著我們后續(xù)可以每天少補給一公斤水，也意味著不需要再從地面上行物資中運送一公斤水了。俗話說“一克重量一克金”，火箭飛船一克重量的發(fā)射成本大約就是一克黃金的價值。

　　如果地面少補給一公斤的水，也就相當于節(jié)省了一公斤的黃金，相當于大約40萬元人民幣，所以環(huán)控生保系統(tǒng)的運用，大大減少了發(fā)射的補給。

　　環(huán)控生保系統(tǒng)運行一年多，情況如何？

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　從天和核心艙發(fā)射一直到現(xiàn)在，我們的環(huán)控生保系統(tǒng)也已經(jīng)運行了一年多時間。這一年多來，5個子系統(tǒng)運行都非常穩(wěn)定，各項參數(shù)也比較平穩(wěn)，系統(tǒng)功能實現(xiàn)得也都比較好，包括電解制氧系統(tǒng)，為神舟十二號3名航天員90天的駐留，以及神舟十三號3名航天員180天的駐留提供了充足的氧氣，也去除掉了產(chǎn)生的二氧化碳和有害氣體，提供了水等資源，保證了航天員在軌的生命安全，整套系統(tǒng)應該說運行得非常好。

　　環(huán)控生保系統(tǒng)，最多可以保障多少位航天員的長時間駐留？

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　從神舟十二號和神舟十三號在軌運行情況來看，我們這套環(huán)控生保系統(tǒng)目前運行的擋位，比較匹配三人模式下的運行，運行水平還是不錯的。

　　而從現(xiàn)在的數(shù)據(jù)來看，我們目前核心艙的這一套系統(tǒng)可以支撐到六人的運行，包括電解制氧系統(tǒng)、二氧化碳去除系統(tǒng)。只是說在六人運行的時候，肯定會工作到比較高的擋位，或者說我們處理的速率會更快一些。

　　環(huán)控生保系統(tǒng)的未來會怎樣？

　　中國空間站環(huán)控生保系統(tǒng)主任設(shè)計師 李森：

　　我們的環(huán)控生保系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展一直瞄準物質(zhì)閉合度的進一步提升。比如說水資源，我們現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了90%以上的回收循環(huán)利用，正在進行新一代霧化再生技術(shù)的研究。比如說，我們要從尿處理系統(tǒng)目前產(chǎn)生的尿殘液當中來進一步提取水，將水分進一步回收，提高水資源的物質(zhì)閉合度。

　　我們目前正在地面上進行研究，未來還會利用新的技術(shù)，比如生物再生式技術(shù)，實現(xiàn)食物的再生，達到更高的環(huán)控生保技術(shù)水平。

　　如何讓資源能夠在太空“生生不息”？怎樣更好地保障航天員可以安心飛行，在天上安全舒適地工作和生活？我們繼續(xù)關(guān)注。

　　環(huán)控生保系統(tǒng)：從非再生到再生

　　2021年4月29日，天和核心艙從海南文昌航天發(fā)射場一飛沖天，宣告中國空間站建造首戰(zhàn)告捷，我國正式邁入空間站階段。

　　空間站建成后，航天員如何在密閉狹小的艙內(nèi)長期駐留？適合人生存的氣壓、風速、空氣質(zhì)量和水又該如何保證？空間站的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)，就是回答這一系列問題的關(guān)鍵。

　　中國航天員中心環(huán)控生保研究室副研究員 劉力濤：

　　在空間站，航天員可以根據(jù)自己的體感，他覺得我現(xiàn)在溫度高了，那我可以降1℃，如果溫度低了，我可以升1℃，完全是他自控的，類似于開空調(diào)一樣。

　　短期飛行，航天員用的都是消耗式的非再生技術(shù)。而到空間站執(zhí)行中長期飛行任務之后，如果再依靠非再生技術(shù)，那對地面的補給壓力就會非常大。另外，氧氣資源的再生也至關(guān)重要，畢竟，航天員一秒鐘都不能離開氧氣，而二氧化碳過高，人就會昏迷。那么，航天員在空間站生活必不可少的氧氣、水等資源，又是如何從“非再生”走向“再生”的呢？

　　中國航天員中心研究員 空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師 劉向陽：

　　我們是把氣體進行再生和凈化，包括二氧化碳的去除，微量有害氣體的去除。還有把水電解制成氧氣供他們呼吸，把尿處理成尿蒸餾水之后，還要進到一套水處理系統(tǒng)，處理成飲用水，包括冷凝水也要進入到水處理系統(tǒng)里面，這樣也可以處理成為飲用水。這五套（子）系統(tǒng)在軌聯(lián)合匹配工作，可以極大節(jié)約我們地面上行的航天員的消耗品。

　　今天是天和核心艙在軌運行的第449天，隨著航天員在軌駐留時間越來越長，今后對環(huán)控生保的壽命要求，自然也就很高。此外，航天員在軌維修環(huán)控生保項目，也將是系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。

　　中國航天員科研訓練中心研究員、航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師 吳志強：

　　我們要始終保證這套系統(tǒng)的安全可靠運行，發(fā)生故障的時候可維修，所以在軌維修的這個設(shè)計理念，在系統(tǒng)研制過程中也是特別關(guān)注的。比如說防人誤設(shè)計，類似這些進行過大量的專門的設(shè)計。

　　目前，問天實驗艙已經(jīng)做好發(fā)射前的各項準備，空間站組合體也已調(diào)整入軌，具備與問天實驗艙交會對接的條件。問天實驗艙對接完成后，航天員將進入艙內(nèi)啟動生命維持系統(tǒng)，完成科學實驗柜的組裝，并開展交叉科學實驗。一系列期待，越來越近。