载人航天器是在空间飞行的人造密闭工作室和生活保障室,就像我们在地面工作和生活的房间一样,载人航天器也要进行装修,也会有大气污染。载人航天器舱内的大气污染,主要是舱内非金属材料挥发出的气体,其次是人体代谢排出物。在地面上,房间有害气体污染可以通过开窗通风的办法解决,在太空中,舱内有害气体则主要通过内循环净化的方法清除。
1)人体排出物。人体通过肺脏、皮肤和胃肠道排出大量挥发性气体。在人体排出的400余种挥发性气体中,皮肤排出271种,所占数量最多,粪便排出196种,尿液排出183种,呼气排出149种。人体排出的挥发性气体中,仅有极少量具有毒理学意义,如一氧化碳、乙醇、甲硫醇、3-甲基吲哚、丙醇、二苯酚、挥发性脂肪酸、氨、氢、有机胺和硫化氢等。航天员最感到烦恼的是那些具有恶臭气味的挥发物,如狐臭、氨、硫化氢等。人体嗅觉比较敏感,能嗅到在1立方厘米中含有10-12~10-11分子浓度的异味。当然,人的嗅觉也容易疲劳,在同一气味环境中,呆的时间久了,也就感觉不到了。
2)非金属材料。载人航天器除了使用金属材料外,舱内还大量使用隔热、密封、绝缘和装饰的橡胶、塑料、黏合剂等非金属材料。如舱内的轻结构件、仪表面板、管道、开关、食品包装、容器、座椅、操纵杆、服装和救生设备等,都是由各种塑料、涂料、橡胶、织物、纤维、润滑剂、黏合剂等材料制成的,许多材料在常温下会散发各种挥发性污染物。据统计,美国天空实验室舱内挥发性有机成分达81种,水星号飞船舱内大气污染物达46种,阿波罗飞船中非金属材料挥发的污染气体达300多种。对密闭空间来说,这些污染物是重要的化学污染源,如果不及时控制和清除,污染物累积起来,将会达到有毒的浓度,给工作和生活在其中的航天员带来潜在危害。另外,这种危害还会随着时间的延长而加重,严重影响航天员的健康和工作效率。
美国航空航天局曾进行过一次30天载人环境系统模拟试验,当试验进行到48小时后,受试者就嗅到了刺激性的气体;第三天,受试者出现恶心、呕吐、头疼等反应;坚持到第四天,试验不得不因此终止。经检测分析,专家认为是作为清洁剂的溶剂三氯乙烯,与作为净化剂的碱性材料氢氧化锂发生化学反应,产生高毒性的二氯乙炔和一氯乙炔,引发受试者的中毒反应。
美国航天飞机第35次飞行任务中,乘员舱曾出现异常气味,事后分析是由于数据显示器的电器元件过热,产生热解产物苯造成的;航天飞机第40次飞行任务中,航天员出现鼻黏膜发炎、头疼和恶心症状,据分析造成这种情况的原因是由于冰箱风扇马达过热,引起周围泡沫绝缘材料热解,产生甲醛和氨所致。有些化学污染物还能加速仪器仪表的腐蚀,影响仪器仪表的光学性能和电绝缘性能。
总结人类航天历史上的相关事故教训,现在在制造载人航天器时,都会对密闭环境中使用的非金属材料脱出物进行分析,选用低气味、低脱气、低毒性和热稳定性能良好的材料,避免使用高污染材料,以保证航天员的身体健康。