眾所周知，地球是一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各個要素往往處于循環(huán)往復的動態(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)村也都是因為處于這樣一個生態(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)，人們將面臨嚴峻的生存問題。

這并不完全是對未來的擔憂，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，需要長時間待在航天器中的宇航員。

由于遠離地球，他們所消耗的食物、氧氣和水，都要從地球運送上去。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更廣闊的宇宙空間，在宇宙中停留的時間增加到幾年甚至幾十年，完全從地球補給資源的方法就不太現(xiàn)實了。

　相比浩瀚宇宙，人類太渺小了

例如，6個人的機組，100天旅行將需要準備超過3噸食物和水。這對飛船提出了非常高的載重要求。因此，科學家展開了對人工小型生態(tài)系統(tǒng)的研究，目標是使人類可以擺脫對地球的依賴，在空間站建立一個小規(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

長期目標是讓這個系統(tǒng)獨立運轉(zhuǎn)且可持續(xù)循環(huán)，這樣它就可以再生許多物質(zhì)。這其實是陸地生態(tài)系統(tǒng)的模式重現(xiàn)，它可以進行水、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反應正在進行。

　將排泄物和食物殘渣分解為植物“肥料”

將人類的排泄物和食物殘渣倒進容器里，一群細菌會逐步分解這些有機物，然后這些混合物經(jīng)過過濾膜，固體被濾出，液體被送入另一個隔間。

在這里液體由另一種專門的細菌進行分解。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)價值，可以供給團隊日常食用。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，它們可以將整個團隊呼出的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。

科幻畫家想象中的太空植樹

最終的目標是構建起一個獨立、封閉的系統(tǒng)，宇航員可以呼吸、飲食，他們的排泄物將會被回收產(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)

為了精確控制整個循環(huán)，科學家們?nèi)杂性S多工作需要做，廢物類型，細菌的數(shù)量，增長速度和溫度，每個參數(shù)都必須經(jīng)過測試，最輕微的問題都可能會導致食物或者氧氣短缺；更危險的是，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，假如實驗結(jié)果是樂觀的，人類的太空旅行將會再向前邁進。