Question

随着我国航天科技的迅速发展，探测火星已成为我国航天科技发展的远景目标，但要把人类送上火星，还有许多航天技术问题需要解决。如：如何提供在往返路程中航天员呼吸所需要的氧气和消除呼吸过程中产生的二氧化碳就是一个值得研究的问题。已知一个成年人平均每年要呼吸空气6 570 000 L左右，而目前的飞船飞往火星来回一趟需两年的时间，如果在飞船发射时携带所需的氧气，则质量很大，将大大提高发射的成本和难度。

(1)若飞船上有三名航天员，请计算来回火星一趟，理论上需要氧气________kg。(按空气中氧气体积分数为21%计算；氧气的密度是1.43 g/L)

(2)有人提出在飞船上供氧的两个方案：

①通过太阳能电池产生的电流来电解水；

②通过下列化学反应产生氧气：2Na₂O₂+2CO₂====2Na₂CO₃+O₂

从减少飞船发射质量和消除呼吸过程中产生的二氧化碳的角度，请你评价这两个方案最主要的优缺点。

(3)也有科学家提出研究使航天员人工冬眠的技术或加快飞船速度，缩短航行时间来减少氧气的携带量。你是否有较好的方案，请举一例：_______。你提出该方案的简要理由：_______。

Answer 1

解析：(1)理论上需要氧气的质量为：

6 570 000 L×21%×2×3×1.43 g/L=11 838 kg。

(2)题目提示要从两方面去考察问题。从CO₂的循环处理来看，方案②要优于方案①，但通过计算可知，产生同质量的O₂，方案②消耗原料质量大，发射成本高，从这点看，方案①要优于方案②。我们最熟悉的CO₂与O₂之间的循环就是植物的光合作用了，它与人的呼吸作用过程恰好相反，且成本低，简单易行。

答案：(1)11 838  (2)方案①：优点是产生同质量的氧气，飞船发射时质量较小；缺点是不能同时消除呼吸过程中产生的二氧化碳。方案②：优点是产生氧气的同时能消除呼吸过程中产生的二氧化碳；缺点是产生同质量的氧气时飞船发射质量较大。(3)在飞船内种植光合作用效率较高的植物  二氧化碳和氧气循环利用，既能减轻飞船发射的质量，同时又能消除呼吸过程中产生的二氧化碳