当神舟飞船一次次带着航天员往返天地，当中国空间站全面建成进入应用与发展阶段，一个看似基础却至关重要的问题始终牵动着航天人的心：在远离地球的太空中，如何让航天员随时呼吸到新鲜氧气？最近，一个由美国、德国、英国科学家组成的国际团队，在《自然化学》杂志上发表了一项颠覆性研究——用磁铁制氧，不仅能解决深空任务供氧难题，还可能为未来中国载人探月、探火任务提供新方案。

太空供氧，比想象中更难

对普通人来说，呼吸是与生俱来的本能，但在太空中，每一口氧气都需要“精雕细琢”。目前国际空间站（ISS）的供氧主要靠“制氧组件（OGA）”，原理是电解水：在含电解质的水中插入电极，通电后将水分子拆成氢气和氧气，再用离心机把气泡和液体分离。这套系统在低地球轨道还算好用，毕竟每隔一段时间就有货运飞船补充物资，出了故障也能及时维修。

可一旦把目光投向月球、火星这样的深空任务，这套系统就显得“力不从心”了。首先是微重力环境的麻烦——在太空中没有重力，电解产生的气泡不会像在地球上那样自然上浮，反而会粘在电极上“赖着不走”。为了把这些气泡弄下来，OGA不得不装一套复杂的流体管理系统，又重又占地方，还容易出故障。美国宇航局（NASA）艾姆斯研究中心曾评估过，要是把OGA用到火星任务上，它的重量、可靠性和维护难度都不达标，甚至连抗辐射能力和休眠运行功能都没有。

其次是能耗问题。电解水需要大量电力，深空任务中能源本就紧张，既要给飞船供电，又要维持生命系统，电解水的高能耗无疑会成为“负担”。还有生物再生生命支持系统（BLSS），比如用蓝藻通过光合作用把二氧化碳变成氧气，虽然环保，但蓝藻的生长需要稳定的温度、光照和营养，在深空复杂环境下很难保证持续运转，而且产生的藻类还需要处理，暂时无法作为主流方案。

磁铁制氧：不用电、无机械，靠磁力解决难题

就在各国航天机构为深空供氧发愁时，科罗拉多大学博尔德分校博士毕业生阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃带领的团队，提出了一个全新思路——用磁铁实现“磁相分离”，让氧气气泡在微重力下乖乖“听话”。

这个想法的核心，是利用两种被忽略的磁相互作用：抗磁性和磁流体力学。罗梅罗-卡尔沃打了个形象的比方：“你可能觉得在太空里从液体中捞气泡，就像在地球上开汽水罐一样简单，可没有重力的帮助，这事难如登天。而磁力就像一双‘无形的手’，能轻松把气泡从电极上‘揪’下来。”

团队用普通的永磁体搭建了实验系统，还开发了一套被动式相分离装置，专门在德国不来梅大学146米高的ZARM落塔进行测试——这座落塔能模拟短时间微重力环境，是验证太空技术的“利器”。实验结果让人惊喜：

1. 不用机械部件：和国际空间站靠离心机旋转分离气泡不同，这套系统完全靠磁力工作，没有转动的零件，不仅重量减轻了不少，还减少了故障风险，维护起来更方便。

2. 不额外耗电：磁相分离过程不需要额外通电，完全“被动”运行，能节省大量能源，这对能源紧张的深空任务来说至关重要。

3. 效率大幅提升：磁力不仅能把气泡从电极上分离，还能把电化学电池的效率提高240%，意味着同样多的水，能产生更多氧气。

更关键的是，团队找到了两种互补的“控泡方法”：一种是利用水在微重力下对磁铁的抗磁反应，像“导航”一样把气泡引到收集点；另一种是靠磁流体力学——磁场和电解产生的电流相互作用，在液体里形成旋转运动，通过对流把气泡和水分开。两种方法结合，让气泡分离变得又快又准。

“我们证明了不需要离心机，甚至不需要额外电力，就能完成氧气和液体的分离。”华威大学荣誉教授、ZARM主任卡特琳娜·布林克特说，这套低维护的被动系统，正是深空任务最需要的。

对中国航天有何意义？未来或用于探月探火

看到这里，可能有读者会问：这是国际团队的研究，和中国航天有什么关系？其实，中国在载人深空探测领域的步伐一直很快，目前已经实现了月球采样返回，正在推进载人登月计划，火星探测也在稳步开展，而这些任务都离不开可靠的生命支持系统。

现在中国空间站用的供氧系统，虽然经过了长期在轨验证，性能稳定，但和国际空间站的OGA类似，要是用到更远的深空任务中，同样会面临微重力下气泡分离、能耗高等问题。而磁铁制氧技术的突破，给我们提供了一个新的解决方案——它更轻、更简单、更省能源，还能适应深空的恶劣环境，完全符合未来载人探月、探火任务对生命支持系统的要求。

而且，这项技术的门槛并不高，团队用的是“现成的永磁体”，实验设备也相对简单，这意味着未来中国科研团队完全可以在此基础上进行自主研发，结合中国航天器的特点，打造出更适合我们的磁控供氧系统。就像华威大学博士研究员沙米卡·萨拉瓦纳巴万说的：“把可持续能源技术推广到地球以外的应用，是每个航天研究者的目标。”中国在新能源、新材料领域本就有优势，要是能把这些优势和磁控供氧技术结合，说不定能实现更大的突破。

目前，这个国际团队已经计划把这套系统送入轨道，验证它在长时间微重力下的性能。而对中国来说，我们也可以通过国际合作或者自主攻关，加快相关技术的研发进程。毕竟，在载人深空探测的赛道上，每一项技术突破都可能决定任务的成败，而可靠的供氧系统，正是航天员在太空中的“生命线”。

从电解水到磁铁制氧，人类探索太空的每一步，都是在解决一个又一个看似不可能的难题。而中国航天，也在这些技术突破中不断积累经验，为未来走向更远的深空做好准备。或许用不了多久，我们就能看到中国的载人飞船上，用上这种更高效、更环保的磁控供氧系统，让航天员在月球或火星上，也能呼吸到和地球一样新鲜的氧气。