[科普中國(guó)]-生物再生生命保障系統(tǒng)

生物再生生命保障系統(tǒng)（Bioregenerative Life Support System，BLSS）是基于生態(tài)系統(tǒng)原理將生物技術(shù)與工程控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建由植物、動(dòng)物、微生物組成的人工生態(tài)系統(tǒng)。水和食物這些人類生活所必需的物質(zhì)可在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，并為乘員提供類似于地球生物圈的生態(tài)環(huán)境。人進(jìn)入這個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)中，成為生態(tài)系統(tǒng)的消費(fèi)者鏈環(huán)同時(shí)發(fā)揮控制者的功能，構(gòu)成閉合人工生態(tài)系統(tǒng)（Man-made Closed Ecological Systems, MCES）。

生物再生式生命保障系統(tǒng)（Bioregenerative Life Support System，BLSS），早期國(guó)內(nèi)稱之為受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)（Controlled Ecological Life Support System，CELSS），但是CELSS實(shí)際上是美國(guó)的一個(gè)BLSS地基實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的名稱。

意義生命保障，是載人航天的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，宇航員離開(kāi)地球，在遙遠(yuǎn)的太空中生存，離不開(kāi)空氣、水和食物。在我國(guó)神舟系列飛船、國(guó)際空間站、蘇聯(lián)/俄羅斯和平號(hào)空間站中，通常會(huì)攜帶全部物資，或通過(guò)物理化學(xué)方式再生氧氣和水，而宇航員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。然而，如果人類在不遠(yuǎn)的未來(lái)，進(jìn)行更行長(zhǎng)時(shí)間、更遠(yuǎn)距離的太空探索，例如構(gòu)建月球、火星基地，由于路途遙遠(yuǎn)，食物完全通過(guò)攜帶儲(chǔ)存供給，或進(jìn)行地面定期補(bǔ)給將變得十分昂貴且很難實(shí)現(xiàn)。因此，僅僅依靠攜帶或物理化學(xué)再生方式滿足生命保障需求，載人深空探索幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。解決辦法是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飛向火星的飛船中，構(gòu)建一個(gè)類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)?？茖W(xué)家們把這樣一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)稱為“生物再生生命保障系統(tǒng)”。

生物再生生命保障系統(tǒng)是針對(duì)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間和多成員的載人航天任務(wù)，如月球基地、火星基地、星際航行等，為航天員提供基本生命物資保障的人工閉合生態(tài)系統(tǒng)，是繼“非再生的環(huán)控生保系統(tǒng)”和“物理化學(xué)式再生環(huán)控生保系統(tǒng)”之后的第三代生保系統(tǒng)。隨著太空探索的深入和航天事業(yè)的發(fā)展，執(zhí)行航天任務(wù)所需要的時(shí)間不斷延長(zhǎng)而且乘員組人數(shù)逐漸增多，必須大力發(fā)展生物再生式生命保障技術(shù)，提高系統(tǒng)閉合度，構(gòu)建與地面相似的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)O2、水和食物的再生，以減少甚至完全消除航天器對(duì)地面供應(yīng)的依賴。

生物再生生命保障系統(tǒng)是載人深空探測(cè)必須的十大關(guān)鍵技術(shù)之一，且由于其極其復(fù)雜性和極高的難度而優(yōu)先級(jí)最高，急需深入系統(tǒng)開(kāi)展研究。

特點(diǎn)和功能生物再生生命保障系統(tǒng)利用高等植物(如作物)和動(dòng)物來(lái)生產(chǎn)食物、利用微生物處理廢物，同時(shí)再生空氣和水，為航天員生命活動(dòng)提供物質(zhì)保障的獨(dú)立、完整、復(fù)雜的人工生態(tài)系統(tǒng)。它引入了生物技術(shù)和生態(tài)平衡理念，將工程控制技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造出人工小型生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在一定的密閉空間內(nèi)人和其他生物之間O2、水分和有機(jī)物的再生與循環(huán)利用，從而大大減少長(zhǎng)期空間活動(dòng)的地面補(bǔ)給，降低運(yùn)行成本。另一方面，生物再生式生命保障系統(tǒng)能夠控制艙內(nèi)大氣成分、溫度、濕度以及壓力等環(huán)境參數(shù)，控制艙內(nèi)環(huán)境污染和有害微生物的繁殖，保持居住環(huán)境長(zhǎng)期健康、穩(wěn)定，為航天員創(chuàng)造一個(gè)舒適和安全的生活環(huán)境。

生物再生式生命保障系統(tǒng)具有超長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間、基本閉合的物質(zhì)循環(huán)、模擬地面生態(tài)環(huán)境以及多類生保技術(shù)集成等特點(diǎn)。具有以下基本功能：

CO2凈化與O2再生；食物生產(chǎn)；水的凈化與再生；廢物處理。

理論和技術(shù)體系

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉紅 - 教授 - 北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院