Woher würden Weltraumlebensräume ihren Sauerstoff bekommen?

In beiden Fällen würde das Schervolumen des notwendigen Sauerstoffs (und anderer Elemente, die in der menschlichen Atemluft verwendet werden) es sehr schwierig oder unmöglich machen, einen solchen Lebensraum zu bauen, oder?

Nicht wirklich; Ich glaube nicht.

Die akzeptierte atmosphärische Zusammensetzung der Erde ist 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 0,9 % Argon und 0,05 % alles andere, einschließlich Kohlendioxid (ungefähr 0,04 % Kohlendioxid und 0,01 % alles andere, ungefähr). Dies stammt aus Forschungen von NOAA, Wallace und Hobbs, Vaughan usw. Viel Forschung.

Um einen Teil Ihrer Frage zu korrigieren: Während die Atmosphäre zu etwa 78% aus Stickstoff und 1% „anderen Elementen“ besteht, ist der einzige Teil der Atmosphäre, den wir zum Atmen benötigen und tatsächlich verwenden, der Sauerstoff.

Wir verbrauchen „nur“ 25-35 % des Sauerstoffs in jedem einzelnen Atemzug, den wir nehmen. Das sind 25-35 % der 21 % des Sauerstoffs in der Luft. Von den über 12.000 Litern Luft, die wir jeden Tag einatmen, verbrauchen wir also tatsächlich zwischen 600 und 900 Liter Sauerstoff.

Allerdings hat das NIH ganz unverblümt erklärt, dass "pflanzliche Lebenserhaltungssysteme das einzige Potenzial für die Selbstversorgung und Nahrungsmittelproduktion in einem außerirdischen Lebensraum darstellen".

Zufälligerweise stellt es auch das einzige Potenzial zur Selbstversorgung und Nahrungsmittelproduktion auf einem terrestrischen Lebensraum dar! [;)

Beachten Sie, dass es für einen "außerirdischen Lebensraum" steht. Auf der Erde braucht es 8 oder 9 Bäume, um genug Sauerstoff zu produzieren, um eine Person zu ernähren. Für eine vernünftig große Crew ist das eine Menge Vegetation, die in einem Raumschiff zum Zweck der Sauerstoffproduktion durch den Weltraum getrieben werden muss.

Es gibt aber auch andere Möglichkeiten der Sauerstoffversorgung.

Wir müssen für viele Zwecke sowieso ziemlich viel Wasser auf dem Schiff haben, aber die Hauptgründe sind sowohl als Strahlungsschild als auch als Wärmesenke. Sauerstoff kann aus diesem Wasser leicht elektrolysiert werden, wenn ein Nachfüllen erforderlich ist. Sie würden sich darauf verlassen und sicherstellen, dass Sie genügend Wasser an Bord haben, um diesen Bedarf zu decken.

Das größte Problem beim Atmen von Sauerstoff ist das Ausatmen von Kohlendioxid. Den Menschen geht es schlecht, wenn die Konzentrationen beginnen, 5 % zu überschreiten. Das Entfernen des Kohlendioxids ist einfach, aber Sie müssen das CO2 während des gesamten Fluges / der gesamten Mission entfernen, dann müssen Sie möglicherweise etwas mit diesem entfernten Kohlendioxid tun, und Sie müssen immer noch den Sauerstoff ersetzen, den die Menschen durch entfernen Atmung.

Anstatt alle paar 100.000 km Chemikaliendosen über Bord zu werfen, gibt es einige technologische, nicht-organische Methoden, um Sauerstoff vom Kohlenstoff in Kohlendioxid zu trennen. Intensives UV scheint eine bewährte Methode zu sein.

So; unmöglich? Weit davon entfernt.

Auf einer Raumstation oder einem Weltraumlebensraum verwenden Sie Pflanzen, die Sie auch für die Produktion von Nahrungsmitteln und die Reinigung von Abwässern einsetzen, was die Verwendung von Algen und/oder Phytoplankton beinhalten kann. Auf Raumfahrzeugen haben Sie komprimiertes oder verflüssigtes O2 als Backup, wandeln aber hauptsächlich CO2 wieder in Sauerstoff um und füllen es aus Wasserspeichern auf. Das soll nicht heißen, dass Sie nicht irgendeine Art von hydroponischen Sträuchern haben könnten oder würden, aber der Hauptzweck wäre ein Gemüsegarten, nicht die Produktion von Sauerstoff.

Hoffe das hilft.

Laut diesem schönen Bild der NASA (Artikel hier ) ist die Quelle für Sauerstoff an Bord in aktuellen Raumfahrzeugen hauptsächlich die Wasserelektrolyse. Der so produzierte Wasserstoff wird mit Kohlendioxid verarbeitet, um einen Teil des Wassers zurückzugewinnen und entweder festen Kohlenstoffabfall oder Acetylen für den Antrieb zu produzieren.

Dies ist kein zu 100 % geschlossener Kreislauf, daher müssen Sie im Laufe der Zeit mehr Wasser hinzufügen, obwohl Sie dies sowieso tun müssen (die Abfallverarbeitung ist auch nicht zu 100 % geschlossen).

Gegenwärtige Möglichkeiten, Sauerstoff im Weltraum zu erzeugen Es gibt einige Möglichkeiten, die in Betracht gezogen werden können. Derzeit ist die Elektrolyse eine Möglichkeit, wie Sauerstoff im Weltraum produziert wird. Dies geschieht durch die Spaltung von H2O in Wasserstoff und Sauerstoff. Eine schnelle Suche auf der ISS (International Space Station) oder der Elektrolyse bringt weitere Details über diesen Prozess hervor. Spirulina und andere Superalgen werden auch als praktikable Option für die Erzeugung von Sauerstoff und deren Verwendung als Supernahrung im Weltraum erprobt. Etwas Spirulina wurde bereits zur ISS geschickt. Es gibt auch Experimente, die versuchen, Sauerstoff durch intensives Vakuum-Ultraviolettlicht und CO2 zu erzeugen. Einige dieser Experimente waren etwas erfolgreich, indem sie kleine Mengen O2 zusammen mit dem Kohlenmonoxid und den Kohlenstoffmolekülen produzierten.

Transport und/oder Aufbewahrung von Materialien für Sauerstoff in BiosphärenOb die Nutzung der Photosynthese durch Algen und andere Pflanzen tatsächlich funktionieren würde, wird noch untersucht. Wir wissen, dass sie im Konzept funktionieren, jedoch können Strahlung und Änderungen der Schwerkraft diesen Prozess im Weltraum beeinflussen. Die Ergebnisse einiger vorläufiger Experimente, die auf der ISS durchgeführt wurden, sollten im April veröffentlicht werden, aber ich habe bei der Online-Suche noch nichts Verlässliches über diese Ergebnisse gefunden, außer dass sie im April über Dragon zur Analyse zurückgesendet wurden. Die derzeit realistischste Option, wenn man annimmt, dass eine Biosphäre an einem Ort im Weltraum platziert wird, der sich nicht in der Nähe einer Sauerstoffquelle befindet, wäre, sie in der Nähe eines Asteroidengürtels oder einer anderen potenziellen Wasserquelle zu platzieren. Dies würde es ermöglichen, Wasser aus Asteroiden, Monden, Planeten usw. zu gewinnen, und dieses Wasser könnte wiederum für die Elektrolyse verwendet werden.

Vom Felsen.

Was überraschend wenige wissen: Der Hauptbestandteil von Gestein ist

• Quarz , der Siliziumdioxid SiO ₂ ist und daher Sauerstoff enthält.

• Feldspat, der auch Sauerstoff enthält . Feldspat existiert meist in der Form: <Alkalimetall><Aluminium> _2/3 <Silizium> _2/3 <Sauerstoff> ₈ .

Und ja, Mondgestein und damit auch Gestein von anderen Planeten und Monden enthält Sauerstoff, also kein Problem.

Wenn Sie also Energie zur Verfügung haben, können Sie nicht nur Sauerstoff gewinnen, sondern auch wichtige Stoffe wie Alkalimetalle, Aluminium oder Silizium.

Gibt es Wasser auf Ihrem Planeten? Wenn dies der Fall ist, könnte die Elektrolyse von Wasser den benötigten Sauerstoff liefern.

Aber selbst wenn der Planet völlig wasserfrei ist, sollte Sauerstoff Ihre geringste Sorge sein, da er in den Oberflächengesteinen eines jeden normalen Planeten reichlich vorhanden wäre, da die anorganischen Oxide von Silizium, Aluminium, Magnesium, Kalzium und Eisen (unter anderem – das ist was die meisten Steine ​​sind). Die Extraktion wäre nicht einfach, aber mit viel Energie durch elektrolytische Prozesse möglich, wie hier beschrieben: https://phys.org/news/2009-08-scientists-oxygen-moon.html

Es wäre auch möglich, organisches Abfallmaterial aus dem Habitat mit geschmolzenem Gestein zu reagieren, das Oxide enthält, um Kohlendioxid und Dampf zum Recyceln in das Habitat zu erzeugen. Das Kohlendioxid könnte Pflanzen zugeführt werden, um weiteren Sauerstoff zu produzieren.

Die wichtigsten zu berücksichtigenden Punkte sind, welche Elemente auf Ihrem Planeten vorhanden sind. Wenn die Elemente fehlen oder sehr knapp sind (wie Wasserstoff auf dem Mond), muss das Element importiert oder die Basis dort lokalisiert werden, wo die wenigen Vorkommen vorhanden sind. Wenn das Element vorhanden ist, aber chemisch in einer anderen Form eingeschlossen ist als Sauerstoff im Gestein, dann können Chemie und Energie verwendet werden, um es zu extrahieren.

Wenn das Element Sauerstoff auf Ihrem Planeten völlig fehlt, müssen Sie sich dann überlegen, woraus besteht die Planetenkruste eigentlich? Und Sie müssten den gesamten benötigten Sauerstoff importieren und sicherstellen, dass er sehr effizient recycelt wird.

Darf man Bio mitbringen? Denn dann ist ein Gewächshaus die Lösung. Die Pflanzen, die Sie anbauen, nehmen das CO2, das Sie ausatmen, und Wasser auf und liefern Sauerstoff und Nahrung. Es wird schwierig sein, ein perfektes Gleichgewicht zu erreichen, also werden Sie wahrscheinlich Pflanzen basierend auf Ihren Nahrungsbedürfnissen anbauen und Ihre Atmosphäre mit anderen Geräten ausgleichen wollen, um den Durchhang auszugleichen. Ein Ofen, wenn Sie zu viel Sauerstoff produzieren, ein Algentank, wenn Sie zu viel CO2 produzieren.

Ich lasse es viel einfacher klingen, als es wirklich ist, niemand hat jemals einen völlig autarken, luftdichten Lebensraum geschaffen. Die ISS bekommt Nahrung und Wasser und schickt Müll per Sojus zurück zur Erde. Atom-U-Boote gewinnen durch Elektrolyse Sauerstoff aus Meerwasser. Sie holen jedes Mal Essen ab, wenn sie im Hafen sind.

Einer der ersten Orte, an denen ich suchen würde, sind Kometen . Der Hauptgrund dafür ist, dass einer der bekannten Hauptbestandteile ihres Kerns Eis ist. Dies ist eine dieser „Schlag zwei Fliegen mit einer Klappe“-Situationen, denn das Eis gibt dir Wasser (das du brauchst) und dieses Wasser kann in Sauerstoff (den du zum Atmen brauchst) und Wasserstoff (der als verwendet werden kann) zerlegt werden ein Kraftstoff). Ja, Sie brauchen O2, um den Wasserstoff zu oxidieren, um ihn zu verbrennen, aber Sie können überschüssiges, unverbranntes H2 zurück zur Erde schicken, wenn Sie dorthin müssen, wo O2 im Überfluss vorhanden ist.

Gehen Sie also auf Kometenjagd. Damit haben Sie Zugang zu Wasser, Atemluft, Energie und einem Exportmarkt für Ihre „Abfallprodukte“. Sag nur.

Sie müssen Sauerstoff nicht aus dem Nichts gewinnen oder gar erzeugen (sic).

Ihr Weltraumhabitat wird ein geschlossenes System sein (oder besser sollte es eines sein...). Das bedeutet, dass Sie jedes letzte Materiemolekül, das Ihnen zur Verfügung steht, wiederverwenden werden. Es gibt keine bekannten Prozesse außer Spaltung (nur für radioaktives Material relevant, nicht für alltägliche Atome wie Sauerstoff) oder Fusion (anwendbar für bestimmte alltägliche Atome, aber Sie hätten dafür völlig separate Energie- / Materiekreisläufe), um die tatsächlichen Atome zu verändern, in denen Sie sich befinden Ihr umschlossener Raum.

Damit müssen Sie technisch machbare Prozesse finden, um beliebige Moleküle in ihre Bestandteile zu zerlegen (z. B. Abfall von Ihren Menschen). Das wiederum ist im Grunde ein gelöstes Problem, das einfach Energie erfordert. Viel davon, in einigen Fällen, aber immer noch nur Energie.

Sie müssen Ihr Weltraumhabitat also nur an einem Ort platzieren, der Ihnen unbegrenzte Energiemengen liefert. Dies kann einfach eine Sonne sein; oder wenn Sie so geneigt sind, ein modisches schwarzes Loch oder was auch immer, wo Ihre Bewohner Materie mit einigen zukünftigen Prozessen ernten können.

Sie müssen offensichtlich genug Ausgangsmaterial besorgen (genügend von irgendeinem Planeten ernten, während Sie Ihren Lebensraum bauen) und winzige Mengen, die aufgrund unvermeidbarer Ineffizienzen in Ihren nach außen gerichteten Türen / Wänden unweigerlich verloren gehen. Aber diese können Sie auffüllen, indem Sie jede Art von Rohmaterial (von Asteroiden, Planeten usw.) besorgen und sie in Ihren ausgefallenen Recycling-Apparat stecken.