空间站是如何净化舱内空气的？

自2021年天和核心舱发射以来，已有7个航天员乘组共21人次前往空间站执行飞行任务。由于太空为真空环境，为了给航天员提供一个健康舒适的“太空之家”，空间站环境控制与生命保障系统（简称环控生保系统）发挥了至关重要的作用。如何保证航天员在清新健康的空气环境中工作生活？空间站是如何净化舱内空气的？一同了解↓

中国空间站舱内画面

中国空间站将在轨运营10年以上，与短期飞行任务相比，空间站任务时间更长，对舱内环境指标要求更加严格。空间站舱内有害气体可能对乘组产生较明显的毒性积累效应，并可能造成敏感元件腐蚀、化工产品催化剂中毒等影响。

空间站舱内微量有害气体来源包括：人体释放（含大小便），舱体材料和上行货物释放，设备老化等原因的释气，食品、个人卫生用品和垃圾释气，以及火灾等其他因素产生的有害气体。随着各项实验任务逐步开展，空间站舱内有害气体成分日趋复杂。因此，微量有害气体作为舱内环境控制的主要对象之一，在长期运行中的影响更加需要重视。

舱内环境检测

中国空间站舱内微量有害气体的控制由环控生保系统实现，该系统的功能是在航天器中创造和维持类似地面的环境条件，保障飞行乘组的在轨生存，实现人、环控生保系统与环境间的物质交流和回收。在此过程中，微量有害气体也会随物质循环同步产生迁移和流转。

1 空间站舱内空气净化功能

空间站舱内空气净化功能主要包括：CO2分压控制、微量有害气体浓度控制、微生物控制，同时还涉及到了舱内湿度控制等功能。

其中，CO2分压和微量有害气体浓度控制分别通过CO2去除子系统和微量有害气体去除子系统等物化再生生保子系统实现；微生物和湿度控制通过微生物净化器、温湿度控制子系统冷凝水回收环节实现。

舱内环境检测

相关的物质流转包括：CO2、水汽以及微量有害气体等在通风系统的支持下实现舱间流转，即通过各类装置集中处理CO2、去除微量有害气体和控制湿度，通过通风流场保证其他区域的CO2、微量有害气体及湿度浓度场的均匀性。

CO2去除子系统

CO2去除系统是空间站环境控制与生命保障系统中一个重要的再生系统，其功能是去除舱内由人体代谢产生的CO2，将CO2分压维持在医学要求范围内，其工作原理是利用吸附反应器内5A分子筛对CO2气体的选择吸附特性，利用热真空条件实现分子筛材料的解吸再生。

微量有害气体去除子系统

针对航天器内舱体、设备、物资和航天员产生的各类微量有害气体，微量有害气体去除子系统通过物理吸附、化学吸附和催化氧化的综合方法予以去除。

2 微量有害气体迁移和去除措施

微量有害气体去除子系统作为空间站的主份控制设备，主要去除正常条件下释放到舱内的微量有害气体。在其设计过程中，针对空间站舱内空气中的微量有害气体种类、医学指标要求以及各类去除技术的特点，确定了有害气体产生规律和适用于空间站的微量有害气体负荷模型，针对性去除舱内微量有害气体。

航天员在空间站内工作

除了微量有害气体去除子系统这一主要净化路径外，经分析和评估，有害气体还有以下迁移和去除形式：

1）航天员的汗液和呼出水汽挥发至座舱大气中，被温湿度控制子系统以冷凝除湿的方式实现收集。根据系统分析和研制经验，空气中的部分有害气体负荷会随着冷凝水转移成为水污染物负荷，最终通过水处理子系统完成深度净化处理。

2）少量有害气体被CO2去除子系统吸收，该系统在控制舱内CO2分压的同时实现少量有害气体的转移和净化。

3）部分大分子、高沸点的有机污染物，如全氟烷基类有机物，可能以持久性有机污染物的形式与悬浮颗粒物、衣屑、灰尘等吸附结合，其中部分可被微量有害气体去除子系统去除掉，剩余的则会经过舱内通风回路积聚在微生物净化器等高效过滤器内部，随过滤器的定期更换废弃而被去除。

微量有害气体在舱内的流转迁移情况

3 微量有害气体控制结果

根据采样下行气体样本的分析结果，舱内空气中微量有害气体控制结果均大幅低于允许浓度，反映经过微量有害气体去除子系统净化后，舱内空气质量符合指标要求。

目前，微量有害气体控制能力在中国空间站上已经过“神舟十二号”至“神舟十七号”任务阶段的全面在轨验证，整体空气指标和水质指标均满足要求，证明各净化子系统分类分级的控制措施有效。

参考文献

[1]杨润泽,王传增,卞强,等.空间站舱内微量有害气体状态评价和流转分析[J].航天器环境工程,2024,41(03):283-289.

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[3]张勇平,卞强,吴志强,等.空间站CO2去除系统节气技术研究[J].载人航天,2024,30(01):1-8.

来源：中国载人航天微信公众号