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(wèn)題。

這并不完全是對(duì)未來(lái)的擔(dān)憂，有一些人現(xiàn)在就面臨著這樣的問(wèn)題——他們就是宇航員，尤其是出于各種原因，需要長(zhǎng)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(guò)3噸食物和水。這對(duì)飛船提出了非常高的載重要求。因此，科學(xué)家展開(kāi)了對(duì)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(duì)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(zhǎng)期宇宙航行需要消耗大量食物和水

長(zhǎng)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(lái)，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(guò)過(guò)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可以供給團(tuán)隊(duì)日常食用。更好的是，通過(guò)蒸騰作用它們可以產(chǎn)生供宇航員飲用的淡水，通過(guò)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(shù)

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(lái)，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(duì)長(zhǎng)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(zhǎng)速度和溫度，每個(gè)參數(shù)都必須經(jīng)過(guò)測(cè)試，最輕微的問(wèn)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(lè)觀的，人類的太空旅行將會(huì)再向前邁進(jìn)。