The world’s most famous carbon dioxide absorber

Prev Next Home

除非你是麻醉师，否则你可能不知道二氧化碳吸收器是什么（下图红色箭头所示）。

然而，在1970年的短暂时间里，二氧化碳吸收器是每个人都在谈论的话题。 这是阿波罗13号的故事，它于1970年发射升空前往月球。 然而，事情并没有按计划进行，航天器上的爆炸使三名宇航员被困在离家20万英里的地方。 突然，这个故事成为头条新闻。 全世界都知道宇航员的生存取决于他们是否能够使用航天器上有限的材料制造二氧化碳吸收器。

1969年7月21日，Neil Armstrong 走下他的航天器的梯子，成为第一个登上月球的人。 他那天在月球上说的第一句话仍然被人们铭记。

第一次登月是 Apollo Space program 系列太空任务的一部分。 1970年4月11日，轮到阿波罗13号发射升空。 这将是第三支登上月球的团队。 这次任务的三名宇航员（Lovell、Swigert 和 Haise）坐在一个巨大的火箭上，火箭将带他们进入外太空。 下图所示的火箭 (Saturn V) 约 110 米（360 英尺）高，直径约 10 米（33 英尺），重约 3,000,000 公斤（6,500,000 磅）。 为了体会这枚猛犸火箭的大小，请将其高度与站在它附近的人（红色箭头尖端）进行比较。

如果你很迷信，并且认为数字13不吉利，那么你会原谅你认为发射时间相当“不吉利”。 阿波罗13号于 13:13（北美中部时区）发射。

该图像显示了巨大的火箭发射到太空。

发射后一分钟内，火箭的飞行速度就达到了音速。 火箭由各个部分组成，当它进入太空时，为了避免携带不必要的重量，它被设计为丢弃不再有用的部分（例如，包含空燃料箱的部件）。 下面是一枚火箭在进入外太空时抛弃自身一部分的图像。 这些巨大的碎片落入大海（希望没有击中下面的任何渔民！）。

大约 15 分钟内，宇航员到达外太空并开始绕地球运行。 他们的轨道飞船看起来会是这样。

“飞船”实际上由三个部分组成。 将向你简要解释这些部分，以便你稍后更好地了解这次任务中发生的戏剧性事件。

让我们从“指挥舱”开始。 这是一个相当狭窄的舱室（下图绿色所示），三名宇航员主要在其中旅行。

指挥舱连接到一个名为“服务舱”的大型部分。 它有一个引擎，可以将宇航员带到月球并返回地球。 重要的是，服务舱还为宇航员提供维持生命的功能，例如提供氧气、水和电力。

服务舱有液氢和液氧罐。 它还有一种叫做“燃料电池”的特殊装置。 这些燃料电池能够从储罐中提取氢气和氧气来产生水和电力。

这是一张实际燃料电池的图片。

因此，你可以看到服务舱为坐在指挥舱内的宇航员提供了重要的氧气、水和电力供应。

这是一张指挥舱和服务舱连接在一起的实际图片。

“飞船”的第三部分是登月舱。

登月舱用于下降到月球，当然，也要返回。 如果我向你简要描述一下典型的登月任务是如何进行的，你就会更好地了解登月舱和其他部分的作用。 请注意，阿波罗13号发生了一次事故，无法执行以下描述的操作。 然而，通过了解应该发生什么，你将更好地了解发生的戏剧性事件。

因此，如果一切按计划进行，飞船及其三个主要组成部分将抵达月球并绕其运行。

两名宇航员将进入登月舱。 不幸的是，一名倒霉的宇航员将不得不留在指挥舱内照顾它。

载着两名快乐宇航员的登月舱与指挥舱分离并下降到月球上。

一旦安全降落在月球上，他们就会准备好出去探索月球表面。

宇航员将穿上太空服，冒险走出登月舱。

许多任务甚至携带了一辆“汽车”来探索更远的距离。

在两名宇航员愉快地探索完月球后，他们将返回登月舱。 它有一个小型发动机，可以将他们从月球上发射出去。

登月舱将他们带回漂浮在上面的指挥舱。 登月舱的一部分（下图深蓝色）不再需要，因此被留在月球上（是的，我们人类污染了月球）。

然后，登月舱重新加入指挥舱。 两名宇航员搬回指挥舱，与他们留在后面的嫉妒的同事分享他们的故事。

登月舱现在被扔掉，因为它不再需要了。

服务舱将指挥舱及其三名宇航员带到地球。

然后，指挥舱与服务舱分离。

载着三名宇航员的指挥舱现在“坠入”地球。

在旅程结束时，巨大的降落伞打开并帮助减缓指挥舱坠向地球的速度。 最终，它溅落在海洋上，宇航员将被等待的船只救起。

你好！ 我是 Pras，我是你现在正在阅读的这个网站的作者。 我已经使这个网站完全免费访问，以便世界各地的人们都可以从中受益。 如果你有能力，我将非常感谢你考虑捐赠一美元（或等值的你所在货币），以帮助支付运行该网站所需的费用（例如，用于特殊软件和计算机）。 为了让这个网站生存下去，迫切需要捐款。 可悲的是，如果没有捐款，这个网站可能不得不关闭。 不幸的是，也许是因为许多人认为其他人会捐款，这个网站只收到很少的捐款。 如果你有能力，请考虑捐赠相当于一美元的金额。 在像你这样的人的支持下，我相信这个教育网站将继续生存和发展。

现在，上述顺序是如果阿波罗13号的一切都按计划进行应该发生的事情。 这是实际发生的戏剧性事件。

如果你相信数字13是不吉利的，你会发现有趣的是，阿波罗13号开始出错的日期是1970年4月13日（北美中部时区）。

到目前为止，太空飞行已经进行了近2天，没有出现任何重大问题。

作为其“公共关系”职责的一部分，宇航员需要定期从太空进行电视直播。 下图显示了在控制室主屏幕上出现的此类广播。 可悲的是，当阿波罗13号飞行时，公众不再对登月之旅着迷。 大多数电视台甚至懒得播放这些直播，而是选择播放喜剧节目等。 尽管如此，宇航员还是尽职尽责地完成了这些定期的现场表演。

然而，在其中一次广播播出两分钟后，一切都发生了变化。 突然，阿波罗13号将成为头条新闻。 这一切都始于宇航员听到一声巨响。

服务舱有两个氧气罐，将液氧保持在非常高的压力下。 服务舱中的两个氧气罐之一发生了爆炸。

显然，这不是好消息，但还有更糟糕的消息。 第一个氧气罐的爆炸也损坏了与唯一剩余的第二个氧气罐的连接。 这使得两个储罐都相对较快地失去氧气。

你可能还记得，在服务舱中，氧气进入燃料电池以产生水和电力。 现在随着氧气罐快速排空，很快就会没有氧气呼吸，没有水，也没有电力。 这是在离家 20 万英里的地方所处的绝望境地。

随着氧气水平下降，必须采取一些激烈的措施来拯救宇航员的生命。 宇航员被指示转移到登月舱。

幸运的是，登月舱有充足的氧气储备。 登月舱的设计目的是，当在月球上时，让宇航员进入和离开它以探索月球表面。 每次宇航员冒险外出打开舱门时，都会损失氧气。 为了应对这种规律性的损失，登月舱携带了充足的备用氧气供应。 因此，目前，在登月舱内，宇航员有足够的氧气呼吸。 然而，不幸的是，由于技术原因，这种氧气无法连接到服务舱以产生水和电力。

现在来说说电力问题。 登月舱和指挥舱都有电池。 登月舱中的电池（下图中的“A”）设计为仅在宇航员预计在月球上停留的短时间内供电。 指挥舱中的电池（“B”）仅在返回地球的最后一刻使用，并非设计为在其他时间提供太多电力。

因此，飞船可用的电池电量非常有限。 如果电池耗尽，将无法在太空对其进行充电，因为服务舱已损坏。 如果没有电力，飞船的关键电子设备将出现故障，宇航员将无法返回地球。

地面工程师拼命寻找解决方案。 他们最终找到了一种最大限度地减少飞船功耗的方法，以帮助延长电池寿命。 地面工程师告诉宇航员哪些电气系统“不太重要”，这些系统被关闭。 通过这样做，他们设法将功耗降低了 80%。 这不是一项容易的任务。 例如，如果没有电力，飞船某些区域的温度会降至接近零下 4 摄氏度（约 40 华氏度）。

另一个大问题是水，因为没有氧气，燃料电池无法产生水。 问题是不仅宇航员需要水，而且水还用于冷却重要的电子系统。 宇航员大幅限制了他们的饮水量（例如，每人每天高达 170 毫升）以节约用水。 其中一名宇航员患上了严重的尿路感染，这可能是由他们不得不忍受的脱水引起的。

由于技术原因（例如，为了利用月球的引力），返回地球的路径必须首先绕月球飞行。 这意味着宇航员必须在希望降落在地球上之前生存约 4 天。 地面控制中心计算出应该有足够的氧气来维持旅程。 他们还计算出，返回旅程有足够的电力和水。

在这一切之中，机组人员非常失望，他们将无法登上月球。 他们只能从飞船的小窗户欣赏月球并拍照。

然而，很快又出现了一个需要紧急解决的问题。 正如所有麻醉师都知道的那样，人类在呼吸中会释放二氧化碳。 如果不清除，这个人可能会因二氧化碳水平过高而死亡。 在地球上，由于气体有足够的空间扩散，高二氧化碳不是问题。 然而，在像登月舱那样的狭小区域内，如果不及时清除二氧化碳，它可能会迅速上升到致命水平。

登月舱和指挥舱都有“二氧化碳吸收器”来吸收宇航员产生的二氧化碳。 这些在下面以粉红色显示。

这些吸收器具有特殊的化学物质与二氧化碳结合，从而将其从飞船的空气中去除。 在 Apollo 飞船中，这些吸收器含有氢氧化锂化学物质来吸收二氧化碳。

这有点类似于麻醉中使用的二氧化碳吸收器中发生的化学反应。 然而，在麻醉中，使用的主要成分通常是氢氧化钙（苏打石灰）或氢氧化钡，而不是航天器中使用的氢氧化锂。

用于吸收二氧化碳的航天器中使用的氢氧化锂化学物质保存在特殊的密封“容器”中。 在登月舱中，容器是“圆形”，而在服务舱中，容器是“方形”。 这种形状的差异将成为我们故事中的一个大问题。

让我们首先看看指挥舱中的氢氧化锂吸收器容器。

下图显示了来自指挥舱的一个容器，如你所见，它是方形的。

让我使用实际图像向你展示宇航员将如何在指挥舱中更换这样的吸收器容器。

过了一段时间，容器中的氢氧化锂会“耗尽”（即化学反应会被“用完”），宇航员会移除现在无用的容器。 下图 1 显示了一个空插槽，从中移除了一个用过的容器。 图 2 显示了一个已放入插槽的新容器。 图 3 显示了门，然后如图 4 所示将其关闭。

现在让我们看看登月舱中的吸收器容器。 在这里，氢氧化锂保存在“圆形”容器中。

下图显示了登月舱中处理二氧化碳吸收的区域。 圆形氢氧化锂容器将放入下图所示的盖子后面的圆形腔室中（红色箭头）。

因此，总而言之，登月舱有自己的圆形吸收器容器，指挥舱有自己的方形吸收器容器。

前段时间我说过阿波罗13号存在二氧化碳问题。 问题是登月舱没有足够的吸收器容器来应对现在在其中寻求庇护的三名宇航员。 登月舱只有足够的吸收器容器来应对 2 名宇航员大约 2 天。 现在有 3 名宇航员需要在其中生存 4 天。 如果不采取任何措施，宇航员很有可能死于二氧化碳中毒。

下图是登月舱内部的照片。 蓝色箭头的尖端指向显示登月舱空气中二氧化碳浓度的仪表。

通常，该量规应显示二氧化碳水平接近于零 (mmHg)。 然而，由于登月舱中吸收器容器不足的问题，该仪表显示的数字高达 15 mmHg。

必须立即采取行动。 如果二氧化碳水平持续上升，将会杀死宇航员。 可悲的是，指挥舱中有足够的二氧化碳吸收器容器来维持整个旅程，但这些容器无法在登月舱中使用，因为它们的形状错误。

如下图所示，来自指挥舱的方形容器无法放入登月舱中的圆柱形腔室中。

地面上的工程师努力寻找解决方案。 他们想知道是否可以修改登月舱的二氧化碳吸收系统。

当正常运行时，该系统由一个空气泵组成，该泵将富含二氧化碳的空气吸入圆形二氧化碳吸收器容器中。 然后，它将不含二氧化碳的