什麼是再生式生命保障系統

人類實現中、長期載人飛行最核心的關鍵技術之一。再生式生命保障是人類實現中、長期載人飛行最核心的關鍵技術之一。

宇航員要離開地球，在遙遠的太空中生存，離不開氧氣、水和食物，可通過再生式生命保障，實現氧氣、水和食物的部分或全部迴圈再生。

再生式生命保障可分為物理化學再生式生命保障和生物再生生命保障。物理化學再生式生保系統適合於中期載人航天器的生命支援系統，它是運用物理化學的方法再生處理，滿足乘員對O2和水等無機物質的需求，並將乘員所排洩的CO糞和尿等廢物等進行回收利用。其主要技術包括電解水製取O冷凝水和尿的回收利用、CO2和微量有害氣體去除等5個方面。它與各種非再生式技術整合後，可構成物流和能流匹配協調的生保系統。

物理化學再生式生保系統的最大缺點是無法生產食物。生物再生生命保障系統（Bioregenerative life support system, BLSS）是基於生態系統原理，將生物技術與工程控制技術有機結合，所構建的由植物、動物、微生物組成的人工生態系統。人類生活所必需物質在系統內迴圈再生，從而為人類提供類似地球生態環境的生命保障。

生物再生生命保障系統適合於人類長時間遠距離空間飛行和地外星球探測任務。航天器飛行速度大致7000多m/s，而音速是340m/s，也就是說，作為航天飛行器，天宮一號的速度大致是音速的22至23倍。目前，嫦娥二號已經進入著名的日地拉格朗日L2點環繞軌道，並從172萬公里外深空傳回科學探測資料。

而天宮又能飛多遠呢？徐明說，從月球飛到L2點所耗費的燃料小於1000m/s，但從距離地球400公里左右的地方，航天器擺脫地球引力大約需要燃料3000m/s以上，從燃料上說，天宮一號只能待在地球附近了。對於天宮一號發射對天氣的具體要求， 徐明指出，發射天宮一號對天氣沒有區別於其他衛星的特殊要求，除非氣象條件非常惡劣，一般可以進行發射。微重力環境對於人體肌肉、骨骼會產生影響。

在地面上，肌肉的主要功能是保持身體直立姿勢和活動身體。在微重力狀態下，肌肉對抗重力以保持身體直立的功能消失，由於沒有這項功能，這部分肌肉就會逐漸萎縮。同時，骨骼也會發生變化，大量脫鈣。因此在空間站要進行各種形式的訓練。

徐明指出，根據航天心理學，人長期處於失重狀態，會由生理反應產生心理變化。此外，長期處於外太空會加劇寂寞感和恐懼感，因此駐空間站的人員心理健康非常重要。目前我們由專業從業人員進行相關方面研究。

千年夢圓在今朝 什麼是 再生式生命保障系統

再生式生命保障系統是2005年公佈的航天科學技術名詞。再生式生命保障系統是人類在實現長期載人飛行的核心關鍵技術之一，是給宇航員實現氧氣水和食物的部分或全部迴圈再生的保障。

載人航天夢想的實現，讓我們幾代人的追求終於成為了美好的現實。

什麼是再生式生命保障系統？

為了保障航天員在軌長期駐留,空間站核心艙配置了再生式生命保障系統,能實現水等消耗性資源的迴圈利用。例如,天和核心艙帶去了環控生保尿處理子系統及電解水淨化器,可將航天員的尿液進行再迴圈。

空間站一直在太空執行，那麼宇航員生存的氧氣是如何提供的？

不是在太空中不帶氧氣瓶，而是在太空艙內，因為太空艙內有氧氣而且有製造氧氣的裝置，所以宇航員不用帶氧氣瓶，而太空中基本沒有氧氣，是需要帶氧氣瓶的。另外由於太空是沒有空氣的真空，如果載人航天器艙壁發生破損，艙內的氣體就會被吸入太空，因此航天器都會採用密封艙設計。

而且，載人航天器的軌道艙在發射前一般會進行航天員-軌道艙和航天服的聯合熱真空試驗，利用抽氣機模擬大氣環境壓力不足10Pa的真空環境，測試軌道艙的密封情況，然後再模擬航天員開啟軌道艙艙門進行出艙作業時航天服是否能夠保持密封。

這類測試能夠有效保證載人航天器的密封效能。既然航天器嚴格密封，無法從太空中補充維持航天員生存所需的氧氣，如何在在軌飛行中提供足夠的氧氣，並且處理航天員和其他生物產生的廢氣，就成為了航天生命保障系統的首要任務。早期航天任務中，由於航天器在軌時間較短，一般採用貯存式或者稱之為非再生式生命保障系統，即將航天員所需的氧氣預先儲存在容器中，與飛行器一起發射。但是這套系統無法滿足長期在軌飛行需要。

而且如果出現大量消耗艙內氧氣的失壓事故時無法迅速回復艙內的氣壓。例如1971年6月前蘇聯“聯盟”11號飛船返回艙在軌道艙分離時發生施壓事故，導致3名航天員遇難。很快美蘇等國又研製了第二代再生式生命保障系統，即通過物理和化學處理的方式在太空中產生航天員所需的氧氣，處理他們產生的二氧化碳。

據實驗測算，每一名航天員每天需要消耗0.83千克，這其中84%的氧變為二氧化碳排出體外，另外16%則主要通過尿液以代謝水的方式派出。因此再生式生保系統主要通過電解水來產生氧氣，而對於二氧化碳則主要採用吸附濃縮的方式，保證其產生的分壓在700Pa以下便可。當載人航天器的帶起環境監測系統確認環境中二氧化碳濃度過高，變回啟動氫氧化鋰等物質吸附二氧化碳，這套系統與日常空氣淨化系統的原理基本相同。

而氧氣的製備，同樣是根據對空氣的壓力和氧氣含量靈活進行，例如在航天員休息時，每小時耗氧量低於0.035公斤的平均每小時耗氧量。此時製氧系統一般不會啟動。早在上世紀70年代開始美國就製造WS系列靜態供水電解系統，其中三人制乘員組版每天消耗4.61公斤水，可以製取3.39公斤氧氣，足以滿足三名航天員的需要。

而前蘇聯在早期空間站中採用潛艇系統類似的超氧化鉀供氧，但這一套系統工作依賴氣體對流，而太空微重力環境下，溫度梯度造成的氣體對流完全消失，因此載人航天器中氣體分子幾乎靜止。前蘇聯方面不得不設計專門的離心泵保證氣體流動。隨後前蘇聯又引入高氯酸鋰氧燭供氧，但氧燭啟動時很可能導致類似本文開頭提到“和平”號空間站發生的火災。1997年俄羅斯終於在“和平”號上裝備了以尿液為主要水源的水電解制氧系統。

不過，高氯酸鈉氧燭現在仍然是包括中國在內的各國載人航天器上配備的最主要的備份緊急製氧系統。