宇宙ステーションの酸素はどこから来るのでしょうか？

この世に生きていくために必要不可欠でありながらお金がかからないものがあるとすれば、それは酸素に違いありません。

酸素は地球の表面に遍在していますが、無色無臭であるため、その存在に気づかれないことがよくあります。しかし、私たちが大切にしていないこの酸素を宇宙で見つけるのは極めて困難です。宇宙はほぼ真空であり、人間が呼吸するための酸素だけでなく、他のガスも存在しません。だとしたら、一瞬たりとも呼吸を止めることができない人間は、どうやって宇宙に居住できるのだろうか？宇宙ステーションは何十年も稼働しているのに、なぜまだ酸素が枯渇していないのでしょうか?真空環境は人間にとって非常に危険です。真空環境では呼吸が不可能なだけでなく、人間の血液が沸騰して蒸発する可能性があるためです。なぜ？液体の沸点は周囲の気圧と密接に関係しているからです。

絶対真空環境では、水の沸点は 0°C に近くなります。宇宙は完全な真空ではありませんが、水の沸点は10℃を超えないので、人体が真空環境にさらされると何が起こるかは明らかです。

したがって、人類が宇宙に行きたい場合、最初に解決しなければならない問題は空気です。宇宙へ旅行するには、化学動力ロケットを使用する必要があります。しかし、化学動力ロケットの積載量は非常に限られています。重量が増加すると打ち上げコストが大幅に増加するため、初期の宇宙探査機は純粋な酸素を搭載していました。地球の表面の空気は窒素、アルゴン、二酸化炭素、水蒸気などさまざまなガスで構成されており、人間が呼吸するために必要なのは酸素だけです。そのため、輸送スペースを節約し、輸送重量を軽減するために、宇宙船は低圧純酸素環境になりました。

純酸素環境は非常に危険なので、事故は避けられません。 1960年代に、米国とソ連の両国で純酸素試験室の火災が発生し、数人の宇宙飛行士が死亡したため、その後、酸素の割合を減らす必要がありました。

その後の国際宇宙ステーションでは、空気の組成は地球の表面とほぼ同じになりました。そこで疑問になるのが、酸素の割合が減少すると、占有する空間と重量が大幅に増加するということです。国際宇宙ステーションの空気はすべて地球から運ばれてくる可能性はありますか？もちろんそうではありません。もしそうなら、それはあまりにも高価になります。平均すると、1キログラムの物資を宇宙に輸送するには約5万ドルの費用がかかり、人間は1日あたり約600リットルの酸素を必要とする。宇宙飛行士は宇宙ステーションで数か月間生活するため、酸素を輸送するために輸送手段に頼るのはコストがかかりすぎるだろう。

実際、宇宙ステーション内の酸素は主に水の電気分解によって供給されています。

水の電気分解は、電気と水だけを必要とする非常に単純な化学反応であり、その電気は宇宙ステーションの太陽電池パネルによって供給することができます。水を電気分解して酸素を生成する効率は非常に高いです。電気分解後、1リットルの水から600リットル以上の酸素を生成できます。つまり、1リットルの水で人間の1日の酸素必要量を満たすことができます。そこで疑問になるのが、電気分解に必要な水はどこから来るのかということです。水はリサイクルできます。水の電気分解では酸素の生成に加えて水素も生成できます。人間の呼吸は二酸化炭素を排出します。水素と二酸化炭素を結合すると、再び水とメタンに還元されます。

宇宙ステーションでは、水の電気分解プロセスだけでなく、他の水の使用、さらには飲料水もリサイクルできるため、水の消費量は非常に少なくなります。

私たちが飲む水はリサイクルできるのでしょうか？はい。かつて、あるアメリカ人宇宙飛行士が言った有名な言葉は、今でも宇宙飛行士の間で広く信じられています。「今日のコーヒーは明日のコーヒーだ。」宇宙ステーションでは水資源が非常に貴重なので、強力なろ過システムによって尿さえも飲料水に戻されます。しかし、宇宙ステーションの空気循環システムと水循環システムは非常に強力ですが、100％のリサイクルは達成できないため、宇宙ステーションが自給自足できない酸素と水、そしてもちろん食糧を補給するために、時々補給宇宙船が必要になります。

宇宙飛行士は宇宙ステーションに永遠に留まるわけではありません。時には、任務を遂行するために宇宙船から出る必要があり、宇宙旅行はダイビングとは異なります。

潜水時には、呼吸に必要な酸素を供給するために酸素ボンベが 1 本あれば十分ですが、宇宙空間から出ると、呼吸に必要な酸素だけでなく、人体は真空にさらされることができないため、宇宙服に酸素を充填して加圧する必要があります。では、なぜ宇宙服には空気ではなく酸素が充填されているのでしょうか?なぜなら、低圧純酸素環境は現在、宇宙服内部で最も理想的な環境だからです。宇宙飛行士は任務を遂行するために宇宙船から出ますが、宇宙はほぼ真空です。宇宙服内の圧力が高すぎると、宇宙服が過度に膨張し、宇宙飛行士は風船のようになって自由に動けなくなります。さらに、宇宙服内の環境は宇宙ステーションほど複雑ではないため、純酸素環境による危険はありません。

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