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示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”

我們知道，太空是一個超低溫、強輻射和高真空的環境，為什么航天員能在太空過上與在地球上一樣的生活？這與航天器環境控制與生命保障系統（以下簡稱環控生保系統）密不可分。環控生保系統是保障航天員在太空環境里存、生活和工作的基礎措施，是載人航天器的一個關鍵組成部分，為航天員在太空創造一個適合人類生活和居住的環境。經過航天人的不懈努力，當前環控生保技術應用主要包括針對載人飛船或空間實驗室的非再生式環控生保系統和針對近地軌道空間站的物化再生式環控生保系統。
1.非再生式環控生保系統
又稱攜帶式生保系統或開環生保系統，即航天員所需的食物、氧氣和水等最基本的生命保障物資全部從地面上攜帶，其產生的各種廢棄物均被帶回地面。該系統也叫第一代環控生保系統，一般適用于一個月左右的短期近距離載人航天飛行。
示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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神舟飛船與天宮二號空間實驗室對接示意圖
2.物化再生式生保系統
又稱部分攜帶式生保系統或半閉環生保系統，即除食物需從地面補給之外，氧氣和水等兩大生保物資在空間站上基本依靠再生（少量需要從地面補給）。該生保系統也叫第二代環控生保系統，一般適合于一個月以上的中長期、近距離載人航天飛行。
為實現長期經濟運行，我國在建的空間站將采用該系統盡可能實現空間站物資的循環使用。在空間站通過冷凝干燥組件可收集航天員呼出的水汽，再通過凈化裝置轉為可供飲用的再生水，尿液也能收集處理為可飲用的純凈水。與此同時，電解制氧系統可以利用循環水電解制氧。除此之外，在空間站艙內可對二氧化碳進行凈化，讓富集起來的二氧化碳和電解水產生的氫氣反應，以可獲得相當可觀的氧氣，提高物資利用的閉環度，大幅降低對地面的依賴度，提高經濟性。
示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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中國空間站示意圖
因此，根據當前環控生保技術的水平來看，我國航天員在太空生存所需氧氣和水的供給基本可以通過物化再生技術和從地面少量攜帶或補給進行解決。
然而，由于航天器空間運輸能力和內部空間的有限性，如何保障食物供給也是一個問題。目前人類已能夠在空間實驗室和空間站上進行極少量糧食、蔬菜和食用花卉等栽培，但主要用于科學實驗研究。
示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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面向未來載人航天從近地走向深空，在食物供給方面科學家提出了兩種解決思路：
1
研制可長期保存、并可替代航天員口糧的新型高熱量壓縮食品。
示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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2
研發出效率更高的物質循環系統，將太空中的廢物變成水和食物，這就需要通過發展基于作物的受控生態生保系統來予以解決。
3.受控生態生保系統
又稱第三代載人航天環控生保系統、閉環生保系統，是基于地外月球或火星等地外星球表面環境特點而人工建造的密閉微生態循環系統，以植物的光合作用為出發點，通過利用各種先進技術，合理、高效、可控地組合和運用“生產者（植物）”、“消費者（人/動物）”和“分解者（微生物）”之間的關系，實現有限資源的重復再生利用，是一種全封閉、基本自給自足和自主物質循環的生命保障系統。
該系統中，植物通過光合作用將光能（來自太陽光或光電轉換）轉化成化學能儲存在有機物中，為異養生物（人及動物）提供食物和氧氣，又將異養生物排出的二氧化碳和其他廢物轉化成上述有用產品，由此構成系統的碳循環和氧循環；同時植物通過根系吸收和葉片蒸騰作用實現水的凈化，參與系統的水循環；系統中的微生物對廢氣、廢水及動植物的非食用部分和人及動物的排泄物等進行降解和礦化處理，為植物提供養料，為動物提供部分食品，使廢物再生利用，從而建立起一個由植物、動物、微生物、人以及一些必要的有機無機環境構成的物質和能量不斷循環和更新的生態系統。
示意圖 環控生保系統，太空中生命的“保護傘”
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受控生態生保系統基本工作原理示意圖
目前，受控生態生保技術由于技術復雜程度高并受到航天形勢和航天政策的影響，距離工程化尚有一定距離。需要加大該技術的發展，突破技術瓶頸，從而推動人類邁入更遙遠太空的步伐。

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