地球是一艘类似于国际空间站的宇宙飞船——让我解释一下

1969年，美国国家航空航天局宇航员在阿波罗10号任务期间从36000海里外拍摄了这张地球照片。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Keith Cooper）：想象一下，生活在一个地方，你的生存取决于在你的限度内生活，不消耗比你生产的更多的食物和能源，创造足够的淡水和空气来生活，将浪费减少到最低限度，回收一切你能回收的东西，避免污染你周围的环境。这在一定程度上是宇航员在国际空间站上必须面对的，也是他们在未来月球或火星上定居时必须面对的。

但如果我们要保护我们的环境，这也是我们必须在地球上生活的方式，这是今年10月4日至10月10日举行的世界空间周的主题之一。

空间站或月球基地在很大程度上是一个闭环系统。我们的意思是，它必须生产自己的资源，然后回收利用，将它们反馈到系统中，因为它们是有限的。摄入过多，宇航员可能会耗尽空气、食物、水或能源，这可能是致命的。当然，偶尔会有来自地球的补给，因此它们不是100%的闭环系统。然而，一个完全闭环的是地球本身。

想想看，我们的星球有一定的承载能力，或者说罗马俱乐部——一个由学者、商界领袖和政治家组成的智囊团——在他们著名的1973年报告中称之为“增长的极限”。他们警告说，地球开始达到其承载能力，很快我们将产生太多的能源，吃太多的食物，没有生产足够的淡水，并将温室气体排放到大气中，这将使我们的全球闭环系统不可持续。事实上，随着气候变化的破坏性逐年增加，导致干旱、饥荒、野火和极端天气更加频繁，有些人可能会说我们已经达到了这个阶段。

在这里，学习在太空中生活可以帮助我们学会如何在地球上可持续地生活。这不是一个新想法，但德国航空航天中心的研究人员最近在《可持续地球评论》杂志上发表的一篇论文简洁地总结了为生活在闭环空间栖息地而设计的技术如何应用于地球。

他们描述了太空栖息地必须如何实现多种功能才能保持闭环系统，以及如何将每种功能重新应用于地球的更大范围。

首先，必须培育资源并将其纳入系统。在这种情况下，资源意味着栖息地运作所需的一切，从食物到能源。然而，这一概念必须谨慎管理，因为如果不加以控制，它就会被开发利用。例如，如果所有的水冰都太快地从月球风化层中开采出来，那么在很长一段时间内，将没有水冰可以供应月球基地。

其次是回收这些资源，这样它们就不会很快用完。在闭环栖息地中，未回收的废物成本高昂，随着时间的推移会减少栖息地，因为这意味着可供使用的任何给定资源都会逐渐减少。它也会污染栖息地的环境，再次减少栖息地。

第三是自给自足。除非偶尔从地球获得补给，否则太空栖息地需要能够生产和修复所需的一切。

国际空间站并不是一个完全闭环的栖息地，但它正被用来开拓技术，有朝一日可以使其他太空栖息地自给自足。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局）

最后，闭环栖息地必须具有足够的弹性，以无限期地支持其船员和任何其他动物或植物。如果系统因被滥用而崩溃，栖息地的寿命将严重缩短。

我们可以看到这些都可以应用于地球。集约化农业、采矿、渔业等表明了我们如何在闭环地球上开发资源。回收利用可以帮助我们保持资源，而不会用废物污染环境。如果社区能够变得更加自给自足，那么二氧化碳排放量就可以减少，因为资源不必从外部地区运送到社区。

近40亿年来，地球已经显示出生命的弹性，但我们通过过度消费对环境的粗心态度正在考验这种弹性。

有趣的是，为太空使用而开发的技术也可以对地球有所帮助。

一个典型的例子是太阳能电池板。太阳能电池板发明于1954年，当时正值燃煤发电站时代，太阳能电池板并没有风靡一时，因为当时地球上的光伏电池用途不大。相反，太阳能电池板首先在太空中取得了突破，早在1958年，先锋1号卫星就为卫星提供了电力。航天国家能够投入太阳能电池研发的资金意味着，到20世纪70年代，这些电池已经足够用于地球。今天，我们到处都能找到太阳能电池，平均每天产生1.5千瓦的电力；截至2023年，太阳能发电总量占世界电力的5.5%，没有燃煤发电站的有害排放或核裂变反应堆的有毒废物。

另一项在太空中开发的技术可以帮助支持地球上更可持续的生活方式，它是基于食物的。国际空间站上的宇航员正在种植农作物。

这项名为蔬菜生产系统的实验于2021年首次生产了生菜，由美国宇航局宇航员迈克尔·霍普金斯收获。该实验围绕着在“种子枕”中播种，同时控制肥料和粘土的释放，并使用专门设计的LED灯来促进光合作用，发出更多的红光和蓝光来促进植物生长。这些灯现在正在适应地球上的“垂直农业”，这是一种可持续的作物种植方式，不会像在空间站那样在城市地区占用太多土地并回收水。通过在靠近建成社区的垂直农场种植粮食，人类可以降低运输成本和集约化农业，这两者都会产生高二氧化碳排放。

说到水，在空间站上回收水是至关重要的，因为水的重量意味着从地球上来的成本很高。国际空间站上的所有水都是通过一个水回收系统回收的，作为空间站环境控制和生命支持系统的一部分，该系统可以将人类呼吸到空气中的水蒸气、汗液甚至尿液转化为饮用水（宇航员声称，显然，饮用水味道很好！）。尿液处理器组件采用真空蒸馏从宇航员的尿液中提取干净的水，留下一种听起来很恶心的“尿液盐水”。盐水处理器组件甚至已经开发出来，因为这种盐水中仍然存在可用的水——在闭环系统中，每种资源都必须得到充分利用。

尽管我们不需要从地球上的尿液中喝水，但全球许多地方都缺乏新鲜、清洁的水。美国国家航空航天局的水回收技术已被授权给公司制造便携式过滤器，使社区能够从受污染的水源中获得清洁的水。

欧洲安德烈·库佩斯在国际空间站的微重力环境中用水滴。空间站上的水是一种宝贵的资源，必须加以保护和回收利用。（图片来源：uux.cn欧洲航天局/美国国家航空航天局）

除了水蒸气，宇航员还会呼出二氧化碳。

阿波罗13号上的宇航员在从月球回家的路上，不得不用备件匆忙建造一个二氧化碳过滤器，亲身体验了二氧化碳积聚的危险。在国际空间站上，必须同样从空气中清除二氧化碳。

此前，国际空间站上的氧气是由一个系统从每年从地球带来的400升水中提取出来的。因此，它不是一个闭环系统。现在，欧洲航天局已经开发出先进的闭环系统（ACLS），该系统能够将空间站上50%的二氧化碳回收为氧气，不再需要从地球上提取大量的水。ACLS的二氧化碳再处理组件将氢气和从空气中提取的二氧化碳混合，产生水和甲烷。甲烷作为废物排放到太空中，但氧气发生组件能够将水分解为氧气和氢气，后者返回ACLS系统再次开始循环。

然而，在ACLS之前，二氧化碳仅通过一种名为沸石的矿物去除，沸石的孔隙小到足以将二氧化碳分子捕获，然后将它们冲入太空。现在，爱丁堡大学的Stefano Brandani和Giulio Santori正在探索利用沸石技术减少地球大气中二氧化碳的方法。他们设想巨大的风扇将充满二氧化碳的空气吸入由沸石床制成的站中，沸石床可以从空气中去除二氧化碳。同样的技术也可以在更靠近源头的地方使用，在工业产生的废气排放到大气中之前将其去除。尽管碳捕获技术无法从大气中去除所有二氧化碳并防止全球变暖，但它可以帮助缓解气候变化，并帮助世界保持在全球变暖不超过1.5摄氏度的目标范围内。

鉴于世界各地经常有人批评太空计划是昂贵的奢侈品，那么资金可以花在地球上的其他地方，具有讽刺意味的是，为帮助人们生活在太空中而开发的技术可以帮助我们在地球上生活得更好。当然，太空旅行本身并不环保——火箭每次发射可排放高达300吨二氧化碳——但如果应用得当，太空中使用的技术肯定可以通过帮助我们成为一个更环保的星球来纠正这种平衡。毕竟，地球是我们最不可思议的宇宙飞船。