1、生命保障系统背景资料宇航员要离开地球，在遥远的太空中生存，离不开氧气、水和食物。 在我国神舟系列飞船、国际空间站、苏联/俄罗斯和平号空间站中，通常会携带全部物资，或通过物理化学方式再生氧气和水，而宇航员吃的食物只能一次性携带充足，不能再生。然而，如果人类在不远的未来，进行更长时间、更远距离的太空探索，例如构建月球、火星基地，食物完全通过携带储存供给，或进行地面定期补给将变得十分昂贵且很难实现。因此，仅仅依靠携带或物理化学再生方式满足生命保障需求，载人深空探索几乎不可能实现。解决办法是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飞向火星的飞船中，构建一个类似地球生物圈的小型生态系统。科学家们把
2、这样一个小型生态系统称为“生物再生生命保障系统”。“生物再生生命保障系统”是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工生态系统，人类生活所必需物质在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。生物再生生命保障系统中的物质循环人的生理与代谢需求一个正常体形的乘员每天需要消耗总重约5公斤的氧气、水和食物，才可以完成标准太空飞行任务一天所需工作；与此同时，他也将排泄出多种代谢终产物。大致消耗拆分如下：0.84公斤氧气、0.62公斤食物和3.52公斤水；并经过身体处理转化成0.11公斤固体排泄物、3.87公斤液体排泄物和1.00公斤二氧化碳。一般来说
3、，一次太空飞行中所需水量为额定值的两倍以考虑非生理用水 （比如个人清洁）。而且根据任务持续时间的不同，产生废物的数量和种类也有不同，如果任务时间超过一周，一般会包含毛发、指甲、皮肤碎屑和其他生理废物。尽管不像代谢参数变化对人产生反应那样迅速，太空中的其他环境因素，比如辐射、重力、噪音、震动和照明，也都会影响人的生理反应空气生命保障系统所提供的环境空气主要包含：氧气、氮气、水、二氧化碳和其他微量气体，各组份气体气压的代数和为空气气压值，这个值一般为101.3千帕，即海平面标准大气压。但如果相应增加氧气的组份气压值，空气气压值也可进行显著降低 （比如在舱外活动时降低2526千帕），较低的空气气压可
4、以简化飞船的结构设计，并减少气氛损失。一般降低空气气压有两种方法：一种是保持氧气比率不变减少空气气压；另一种是允许氧气浓缩并减少空气气压。水水的用途是用于乘员饮用、清洁、舱外活动时温控和其他紧急使用。因为水在太空探索中是极其宝贵的资源，所以必须对水进行高效的储存、使用和回收 （包含废水）。废水再生技术有：综合过滤技术。它可以把冷凝水和二氧化碳还原系统产生的水处理成为饮用水，把来自淋浴设备、洗衣机、洗手和器皿洗涤装置的废水处理成为卫生用水。相变处理技术。利用相变技术通过蒸发和冷凝的巧妙结合，把尿液等废水再生成为卫生用水或饮用水。膜技术。利用膜的逆渗透原理设计的废水处理系统是最有前途的废水处理方案
5、之一，能够有效地处理洗涤水。废水和废物综合处理系统。它可把人体废液和废物以及其他废物综合处理成为有用的气体、清洁水和固体残渣。有些尿液处理系统还必须包括预处理和后处理过程。食物生命保障系统通常包括了室内植物培育系统，即可以在室内与容器中栽培食物。通常此系统的设计目的是重复利用所有可重复利用的营养物质。这个系统的现实例子有：降解厕所，使用降解厕所可以降解废物 （排泄物）并将其中可利用的营养物质通过食物作物的处理，制造食物并再次利用。之后按上述过程一直循环以最大限度节约物资。在“月宫一号”的生物再生生命保障系统中，栽培了粮食作物、蔬菜和水果，饲养了动物（黄粉虫），还有微生物来降解废物。植物不仅能够
6、给宇航员提供食物，还可以通过光合作用产生氧气、通过蒸腾作用获得纯净的饮用水。植物中人不吃的部分，比如作物的秸秆、蔬菜的根和老叶败叶，可以被用来饲养动物，为宇航员提供优质的蛋白和更合理的氨基酸配比。最后，剩下的植物不可食部分，人的排泄废物，厨余/生活垃圾，被送进微生物降解环节，微生物可以分解被固定的碳，变成二氧化碳进入到空气中重新被植物利用进行光合作用；从尿液中回收水和氮素以及经过生物净化后的卫生废水，用于灌溉培养植物。植物吸收了这些废物处理产生的二氧化碳和水，又可以不断生长出新的食物。季节性的植物比如小麦，吃完了怎么办？在月宫一号中，小麦是分批次栽培的，既保障了连续不断的食物供给，也能保障O2的稳定供给。小麦从幼苗生长到收获阶段，每个阶段吸收二氧化碳和释放氧气的能力各不相同，分批次能够使得植物舱内始终包含各个生长阶段的小麦，从而保障气体的持续平衡和稳定。
