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示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”

我们知道，太空是一个超低温、强辐射和高真空的环境，为什么航天员能在太空过上与在地球上一样的生活？这与航天器环境控制与生命保障系统（以下简称环控生保系统）密不可分。环控生保系统是保障航天员在太空环境里存、生活和工作的基础措施，是载人航天器的一个关键组成部分，为航天员在太空创造一个适合人类生活和居住的环境。经过航天人的不懈努力，当前环控生保技术应用主要包括针对载人飞船或空间实验室的非再生式环控生保系统和针对近地轨道空间站的物化再生式环控生保系统。
1.非再生式环控生保系统
又称携带式生保系统或开环生保系统，即航天员所需的食物、氧气和水等最基本的生命保障物资全部从地面上携带，其产生的各种废弃物均被带回地面。该系统也叫第一代环控生保系统，一般适用于一个月左右的短期近距离载人航天飞行。
示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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神舟飞船与天宫二号空间实验室对接示意图
2.物化再生式生保系统
又称部分携带式生保系统或半闭环生保系统，即除食物需从地面补给之外，氧气和水等两大生保物资在空间站上基本依靠再生（少量需要从地面补给）。该生保系统也叫第二代环控生保系统，一般适合于一个月以上的中长期、近距离载人航天飞行。
为实现长期经济运行，我国在建的空间站将采用该系统尽可能实现空间站物资的循环使用。在空间站通过冷凝干燥组件可收集航天员呼出的水汽，再通过净化装置转为可供饮用的再生水，尿液也能收集处理为可饮用的纯净水。与此同时，电解制氧系统可以利用循环水电解制氧。除此之外，在空间站舱内可对二氧化碳进行净化，让富集起来的二氧化碳和电解水产生的氢气反应，以可获得相当可观的氧气，提高物资利用的闭环度，大幅降低对地面的依赖度，提高经济性。
示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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中国空间站示意图
因此，根据当前环控生保技术的水平来看，我国航天员在太空生存所需氧气和水的供给基本可以通过物化再生技术和从地面少量携带或补给进行解决。
然而，由于航天器空间运输能力和内部空间的有限性，如何保障食物供给也是一个问题。目前人类已能够在空间实验室和空间站上进行极少量粮食、蔬菜和食用花卉等栽培，但主要用于科学实验研究。
示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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面向未来载人航天从近地走向深空，在食物供给方面科学家提出了两种解决思路：
1
研制可长期保存、并可替代航天员口粮的新型高热量压缩食品。
示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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研发出效率更高的物质循环系统，将太空中的废物变成水和食物，这就需要通过发展基于作物的受控生态生保系统来予以解决。
3.受控生态生保系统
又称第三代载人航天环控生保系统、闭环生保系统，是基于地外月球或火星等地外星球表面环境特点而人工建造的密闭微生态循环系统，以植物的光合作用为出发点，通过利用各种先进技术，合理、高效、可控地组合和运用“生产者（植物）”、“消费者（人/动物）”和“分解者（微生物）”之间的关系，实现有限资源的重复再生利用，是一种全封闭、基本自给自足和自主物质循环的生命保障系统。
该系统中，植物通过光合作用将光能（来自太阳光或光电转换）转化成化学能储存在有机物中，为异养生物（人及动物）提供食物和氧气，又将异养生物排出的二氧化碳和其他废物转化成上述有用产品，由此构成系统的碳循环和氧循环；同时植物通过根系吸收和叶片蒸腾作用实现水的净化，参与系统的水循环；系统中的微生物对废气、废水及动植物的非食用部分和人及动物的排泄物等进行降解和矿化处理，为植物提供养料，为动物提供部分食品，使废物再生利用，从而建立起一个由植物、动物、微生物、人以及一些必要的有机无机环境构成的物质和能量不断循环和更新的生态系统。
示意图 环控生保系统，太空中生命的“保护伞”
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受控生态生保系统基本工作原理示意图
目前，受控生态生保技术由于技术复杂程度高并受到航天形势和航天政策的影响，距离工程化尚有一定距离。需要加大该技术的发展，突破技术瓶颈，从而推动人类迈入更遥远太空的步伐。

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