如何在太空打造一個(gè)家?
眾所周知,地球是一個(gè)巨大的生態(tài)系統(tǒng),系統(tǒng)中的各個(gè)要素往往處于循環(huán)往復(fù)的動(dòng)態(tài)平衡中,例如水資源的循環(huán)。
水循環(huán)示意圖
人類棲息的城市和農(nóng)村也都是因?yàn)樘幱谶@樣一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中,才能獲得足夠的資源。假如脫離地球生態(tài)系統(tǒng),人們將面臨嚴(yán)峻的生存問題。
這并不完全是對未來的擔(dān)憂,有一些人現(xiàn)在就面臨著這樣的問題——他們就是宇航員,尤其是出于各種原因,需要長時(shí)間待在航天器中的宇航員。
由于遠(yuǎn)離地球,他們所消耗的食物、氧氣和水,都要從地球運(yùn)送上去。目前載人航天器還都在地球附近,這還不算太大的難題。但是一旦我們需要走向更遠(yuǎn)更廣闊的宇宙空間,在宇宙中停留的時(shí)間增加到幾年甚至幾十年,完全從地球補(bǔ)給資源的方法就不太現(xiàn)實(shí)了。
相比浩瀚宇宙,人類太渺小了
例如,6個(gè)人的機(jī)組,100天旅行將需要準(zhǔn)備超過3噸食物和水。這對飛船提出了非常高的載重要求。因此,科學(xué)家展開了對人工小型生態(tài)系統(tǒng)的研究,目標(biāo)是使人類可以擺脫對地球的依賴,在空間站建立一個(gè)小規(guī)模的生態(tài)系統(tǒng)。
長期宇宙航行需要消耗大量食物和水
長期目標(biāo)是讓這個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)且可持續(xù)循環(huán),這樣它就可以再生許多物質(zhì)。這其實(shí)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的模式重現(xiàn),它可以進(jìn)行水、碳元素、氮元素等等所有地球生命所需的物質(zhì)的循環(huán)再生。
表面上看起來,這個(gè)系統(tǒng)只是一系列密封的容器由管道連接在一起,但在系統(tǒng)內(nèi)部,一系列的生物和化學(xué)反應(yīng)正在進(jìn)行。
將排泄物和食物殘?jiān)纸鉃橹参铩胺柿稀?/p>
將人類的排泄物和食物殘?jiān)惯M(jìn)容器里,一群細(xì)菌會(huì)逐步分解這些有機(jī)物,然后這些混合物經(jīng)過過濾膜,固體被濾出,液體被送入另一個(gè)隔間。
在這里液體由另一種專門的細(xì)菌進(jìn)行分解。這些廢棄物于是逐漸被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和礦物鹽,這些物質(zhì)是蔬菜所需要的基本營養(yǎng)素。
人類排泄物被植物回收,而這些植物則具有較高的營養(yǎng)價(jià)值,可以供給團(tuán)隊(duì)日常食用。更好的是,通過蒸騰作用它們可以產(chǎn)生供宇航員飲用的淡水,通過光合作用,它們可以將整個(gè)團(tuán)隊(duì)呼出的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。
科幻畫家想象中的太空植樹
最終的目標(biāo)是構(gòu)建起一個(gè)獨(dú)立、封閉的系統(tǒng),宇航員可以呼吸、飲食,他們的排泄物將會(huì)被回收產(chǎn)生新的氧氣和食物。未來,人們也許只需要攜帶少量的初始資源,就能依靠飛船內(nèi)部的生態(tài)系統(tǒng)維持相對長時(shí)間的生存。
科幻電影所想象的宇宙飛船生態(tài)系統(tǒng)
為了精確控制整個(gè)循環(huán),科學(xué)家們?nèi)杂性S多工作需要做,廢物類型,細(xì)菌的數(shù)量,增長速度和溫度,每個(gè)參數(shù)都必須經(jīng)過測試,最輕微的問題都可能會(huì)導(dǎo)致食物或者氧氣短缺;更危險(xiǎn)的是,稍有不慎,還可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)。所以,小型人造生態(tài)系統(tǒng)尚處于研究階段,假如實(shí)驗(yàn)結(jié)果是樂觀的,人類的太空旅行將會(huì)再向前邁進(jìn)。