Bagaimanakah angkasawan bernafas di angkasa?

Jurutera terpaksa mencipta beberapa cara khas untuk mencipta oksigen dalam ruang hampa udara . Beginilah cara angkasawan bernafas di angkasa lepas .

Cara Bernafas di Angkasa

Pada tahun 1997, kebakaran berlaku di stesen angkasa Mir, pendahulu kepada Stesen Angkasa Antarabangsa. Penyebabnya ialah penjana oksigen kapal angkasa, yang membakar silinder litium perklorat pepejal untuk mewujudkan suasana bernafas. Bahan daripada sarung tangan getah, mungkin tertinggal di dalam penjana semasa pemasangan, terbakar apabila mesin itu diaktifkan, mewujudkan kebakaran yang berlarutan kira-kira 14 minit sebelum ia dapat dipadamkan sepenuhnya.

Walaupun tiada anak kapal yang cedera, kemalangan itu menyerlahkan kesukaran dan risiko keselamatan untuk menyediakan bekalan oksigen berterusan kepada angkasawan semasa berada di orbit. Sama seperti sistem penapisan air di atas kapal, peranti yang mencipta bekalan yang menyelamatkan nyawa ini telah berkembang dengan ketara sejak Perlumbaan Angkasa Lepas bermula pada 1960-an.

Asap dan Mir

Program Apollo, termasuk misi 1969 yang pertama kali mendaratkan manusia di bulan, menggunakan Unit Kawalan Alam Sekitar (ECU) untuk mengekalkan suasana oksigen tulen dalam modul arahan. ECU dilengkapi dengan litium hidroksida dan kartrij karbon diaktifkan untuk menapis karbon dioksida daripada nafas angkasawan dan menyerap bau. Ia juga menjana air dan mengekalkan suhu kabin, membolehkan sehingga tiga angkasawan bertahan di angkasa selama 14 hari.

Stesen angkasa lepas Mir, yang dilancarkan pada tahun 1986, direka untuk misi angkasa lepas yang lebih lama dan menghasilkan oksigen melalui tindak balas kimia. Penjana menyalakan silinder litium perklorat sebesar tin aerosol besar, membebaskan oksigen semasa ia terbakar. Salah satu daripada "lilin oksigen" ini menyediakan udara pernafasan yang mencukupi untuk seorang anak kapal selama sehari, tetapi sistem itu menunjukkan kelemahannya dalam insiden sarung tangan getah.

Selepas kemalangan itu, jurutera aeroangkasa tidak lagi menggunakan tindak balas kimia untuk mencipta oksigen di angkasa. ISS menggantikan Mir pada awal 2000-an dan dilengkapi dengan ECU yang lebih selamat berdasarkan elektrolisis, yang menggunakan penjana untuk membelah molekul air melalui membran pertukaran proton kepada oksigen dan hidrogen. Walaupun oksigen yang dihasilkan melalui proses ini dibebaskan ke atmosfera, hidrogen digabungkan dengan karbon dioksida yang dihembus oleh anak kapal untuk menghasilkan air minuman dan metana. Pada masa ini, metana dilepaskan dari stesen, tetapi suatu hari nanti ia boleh berguna untuk proses biopengeluaran atas kapal. ISS juga membawa model Mir untuk menjana oksigen sebagai sandaran.

Kehidupan dalam beg galas

Menyediakan oksigen kepada angkasawan semasa mereka berada di dalam kapal angkasa adalah satu perkara. Melakukannya apabila mereka meninggalkan kapal angkasa untuk berjalan di angkasa—untuk menguji peralatan, menjalankan eksperimen atau melakukan pembaikan luaran—adalah satu lagi.

Pakaian angkasa moden yang direka untuk pejalan kaki angkasa, juga dikenali sebagai Unit Mobiliti Tambahan (EMU), dilengkapi dengan beg galas yang mengandungi pelbagai sistem sokongan hayat. Antara fungsi lain, ia membekalkan oksigen kepada topi keledar angkasawan sambil menapis karbon dioksida. Saman itu juga melindungi badan mereka daripada kuasa vakum yang berpotensi mengancam nyawa yang mereka terokai.

Malah sebelum memasuki EMU, angkasawan menghabiskan berjam-jam menghirup oksigen tulen di dalam kapsul udara termampat untuk meminimumkan peluang menjadi koma. Menurut bekas angkasawan Mike Mullane, modul arahan mengekalkan tekanan atmosfera 14.7 paun per inci persegi (psi), yang hampir sama dengan Bumi di paras laut, tetapi tekanan dalam pakaian angkasa hanyalah lima psi. Angkasawan mesti "pranafas" oksigen tulen untuk mengeluarkan nitrogen dari badan mereka dan menghalang pembentukan gelembung gas dalam darah mereka - punca penyakit udara termampat - sebelum berjalan di angkasa. Jika tidak, gelembung nitrogen yang berlebihan boleh menyumbat saluran darah dan menyebabkan kerosakan tisu, yang membawa kepada sakit sendi, sakit kepala, kelemahan otot, lumpuh, keletihan dan kekeliruan, antara gejala lain.

Kepentingan pakaian angkasa mungkin paling baik digambarkan oleh apa yang akan berlaku tanpa mereka. Angkasawan akan segera pengsan kerana kekurangan oksigen manakala vakum akan menyebabkan darah dan cecair badan mereka, yang berkembang di bawah keadaan atmosfera Bumi, membeku, mendidih, dan pecah.

Keadaan alam semesta mengubah tindakan mudah seperti bernafas menjadi cabaran yang kompleks dan boleh membawa maut. Nasib baik, ia bukan sesuatu yang sains tidak boleh mengendalikan.