殖民外星，你准备好了吗？

2018-07-27本刊编辑部

奇闻怪事 2018年5期

关键词：航天员星球飞船

本刊编辑部

殖民太阳系的疯狂计划

如今，火星是人类殖民外星计划的一个大热门，第一个走上这个红色星球上的人，将会与第一个登上月球的尼尔·阿姆斯特朗一样永载史册。

虽然殖民火星是一个最引人注目的太空殖民计划，但我们也别忘了在太阳系其他地区进行太空殖民的可能性。许多人都提出过许多殖民太阳系的计划，有些听起来还有点疯狂。下面，我们来列举10个殖民太阳系的疯狂计划。

金星上的云中之城

我们的姊妹行星金星可以说是一个人间地狱，它的地表温度平均约为500℃，地表气压差不多是地球上的92倍，金星大气中的云还含有大量的硫酸。当然你无需对硫酸雨表示担心，因为在硫酸雨腐蚀你的皮肤之前，这里的高温早就要了你的命。这个人间地狱，对于做着殖民太空梦的人类来说，可不是什么好地方。那么，我们只能与金星说拜拜了？

然而，美国宇航局的工程师们仍然想到了一个殖民金星的办法：在离金星表面约50千米的高空建立一个由漂浮的飞艇构成的殖民地。就像地球一样，越往高处走，大气就越稀薄。在他们所建议的高度上，金星的气压与地球表面的气压是类似的，但温度仍然能达到75℃左右，所以外面的环境很不适宜，不过飞艇内部可以借助于温度调控系统来产生一个温度适宜的环境。

如何实现这个大胆的计划呢？早期的飞艇应该会是充满氦气的飞艇—在膨胀的气球下面挂着一个船舱。尽管这并不是一个革命性的设计，不过这些气球的表面將会覆盖着太阳能电池板，可以从洒向金星的阳光中获取电能。这些气球会以胶囊的形式发射到金星的上层大气中，然后会在那里开始自动充气，并在飞艇坠到地面之前能及时充满并漂浮起来。

谷神星上的穹顶城市

谷神星坐落于火星和木星之间的小行星带之中，是一颗直径约950千米的矮行星。它的表面积略微大于阿根廷的国土面积。它是一个冰冷的大块儿岩石星球，其表面上的重力只有地球的2.8%。

为什么有人想去这里呢？目前来说，我们还没有发现火星上有任何特别有用的矿物，但谷神星却是太阳系中最富含矿物的地区之一。你可以在谷神星开采出铂和钯，这两种金属是价值连城的。更惊奇的是，这个小小的岩石星体却包含比地球还多的淡水，殖民者可以直接使用这些水，也可以把水转变为可呼吸的氧气和可用作火箭燃料的氢气。

不过，唯一能把谷神星变为人类殖民地的方法，是使用一堆穹顶。因为谷神星的大气极为稀薄，我们必须在谷神星表面上罩一个透明的穹顶。随着殖民地的扩大，这里的殖民者可以一个挨着一个地建造一堆内部相连的穹顶，直到整个星球上适宜的地方都被穹顶所覆盖，就像一个巨大昆虫的复眼那样。

这种方法真的可行吗？目前对于我们来说，这个计划还很难很快地实施，至少很难达到那种建造规模。但我们早在地球上建立了一些封闭生态系统来进行实验，例如位于美国的生物圈二号，位于俄罗斯的BIOS-3等。也许，谷神星上的穹顶城市不过是把这种技术进行不断地完善和提高。

月球上的混凝土家园

自从1972年阿波罗登月舱最后一次登陆月球以后，再也没有人类造访过月球。月球是冰冷的，尘埃遍地，完全不适合人类居住，但这并不意味着不值得我们回到这里。美国宇航局最新的一项研究表明，在月球上建立永久殖民地的成本出奇的便宜—仅仅需要大约100亿美元，而不是之前大家假定的1000亿美元。美国宇航局使用现有的预算，就可以立马开展这个项目。

而且，建立月球基地从经济和后勤保障的角度来说都具有很高的价值。从月球上发射火箭会更加便宜，火箭燃料所需的大部分的氢气和氧气都可以从月球两极开采出的水转换而来。而且，如果我们没有把太空军事化的话，那么月球可能会成为太空旅游的中转站。

怎样在月球上建立一个永久的殖民地呢？人们提出了很多想法，包括充气型的舱体，到在月表之下挖洞，再到在月球轨道上建空间站等，但最为疯狂的也最为简单的是建立一个混凝土家园。

1992年，一位材料科学家研究了一块从美国宇航局带来的月球岩石后，发现月球表面上已经堆满了制造混凝土所需的一切。尤其是月球上存在大量的钛铁矿，里面含有铁和钛的氧化物。这位科学家还把一批月球岩石碾成一堆粉末，并在几个小时之内让蒸汽通过它们，最终创造出了一块混凝土，似乎比普通的混凝土更加坚固。因此，在月球上建造一群混凝土建筑似乎不是什么难事。

泥球栖息地

1975年，美国宇航局对多种“自由空间”栖息地设计方案进行了可行性的探讨。“自由空间”栖息地是一种不拴在任何特定天体上的而是直接在太空中搭建的栖息地。在他们提出的所有“自由空间”栖息地中，有一种栖息地是如此的简单，以至于它可以马上就能实现—这就是泥球栖息地。

要理解泥球栖息地，请想象一条绳子两端各拴着一个球。每个球的直径为22米，里面可以容纳10个人。中间的绳子将有2千米长，并且整个结构将在每分钟旋转一次，这样球里面的人就感受到类似地球上的重力。然后，在给每一个球的外面裹上大约5米厚的月球泥土，当作防辐射的屏障。这样，你就得到了一个考虑周全的太空之家。

泥球栖息地被视为能够为一个家庭提供一切所需的太空栖息地。它里面会有种植物的房间，还有能提供电力的太阳能电池板。而在绳子中间，它还有一个无重力的制造车间，殖民者可以在这里制造出建造其他泥球栖息地的材料。就像美国过去的西部拓荒者一样，建造泥球栖息地的先驱们可以把他们这里变为一座漂浮于太空中的城市。

木卫二冰壳之下的基地

近年来，木卫二已被看成太阳系内最有可能存在地外生命的地方。美国宇航局对这个想法是如此认真，以至于他们正在准备开展一个无人深空探索项目。该太空探测器将会围绕木星旋转，并有45次的机会从木卫二旁边飞掠过去，这样就可借机探寻木卫二是否存在生命。他们希望能在未来的十几年之内实现这个项目。

不过，美国一家私人公司的想法更激进，他们并不想等着让无人探测器来完成这份工作，而是想在50年内把人送到那里，而且这个前往木卫二的任务也是单程的，去了就不再回来了。

木卫二的表面温度可低到大约-170℃，它还没有大气层（或极为稀薄），而且木星产生的致命辐射还不断洒向这颗卫星。为了克服这些问题，这家公司想让他们的宇航员躲到木卫二的冰壳之下。在表面上建好一个临时基地后，宇航员们将钻过冰壳抵达下面较温暖的海洋之中，然后在海底下或冰层内制造出一个永久性的气泡，并在里面建立一个基地。

奥尼尔圆筒

奥尼尔圆筒是一个巨大的管子，直径为8千米，长为3千米，它可通过旋转模拟出重力来。理论上讲，每个圆筒最多可容纳1000万人。

这种想法是美国物理学家杰拉尔德·奥尼尔在1974年提出来的。当然，他的想法在当时不过是被当作一个科幻小说的创作素材而已。那时，人类才刚刚登上月球，立马就考虑建立一个可容纳1000万人的巨型太空城，似乎是一件遥不可及的事情。

然而，正如经常所发生的那样，科学正在迅速追赶科幻。根据英国星际学会的分析，我们今天就可以建造一个真正的奥尼尔圆筒。用来建造圆筒的大部分材料都可以从月球那里开采，我们只要使用当前一些不太昂贵的航天器就可以把奥尼尔圆筒搭建出来。

小行星的泡泡世界

在奥尼尔圆筒这个想法被提出来的很久之前，美国宇航局的科学家丹德里奇·科尔就提出过一个类似的概念，被他称为“泡泡世界”。奥尼尔圆筒的大部分建造材料取自于月球，而科尔的想法需要使用较多的金属。

首先，我们必须找到一颗大部分都是金属构成的小行星，最好是含有像镍铁一样具有延展性合金的小行星。这很容易找到，在我们周围就有数以千计这样的小行星。下一步将是开凿一条穿过小行星中心的隧道，并向隧道里面注入水，然后利用聚集起来的阳光熔化隧道两端并把隧道封闭起来。然后再次利用聚集起来的阳光，缓慢加热这颗小行星并使得它的金属体发生软化，同时使得里面的水沸腾起来，这样液态水变为水蒸气后会在软化后的小行星内发生膨胀，产生一个中空的结构。

冷却了以后，移除不需要的水，使用镜子把太阳光反射到内部的中空结构里，并使小行星自转以模拟出类似地球上的重力。这样，人们就可以在里面建造出一个太空家园。

毕格罗的气球空间站

作为有史以来最昂贵的和最大的人造天体，国际空间站已经成为人类进步的一个标志。它是由20多个国家参与的动用了超过1600亿美元的合作项目。自从2000年以来，宇航员们在国际空间站上对微重力、宇宙射线、生物技术和暗能量等许多方面进行了开创性的研究。

面对风光无限的国际空间站，美国拉斯维加斯房地产大亨罗伯特·毕格罗只有一个念头：“我可以做得更好。”于是，他从自己口袋里掏出5亿美元成立了毕格罗宇航公司，来研发和建造一个商业性的空间站。虽然国际空间站是通过每两年一次的发射在太空中一块一块地组装起来的，但毕格罗宇航公司采用的方法更为简单：把一个巨大的气球塞进火箭的鼻尖里，一旦火箭抵达大气层外，气球就开始充气并形成一个能够容纳6名宇航员的空间站。

听起来好像是一个挺激进的想法，但它却是可行的。毕格罗宇航公司已经拥有了两个在轨运行的气球空间站模块—创世纪I号与创世纪II号，以及一个与国际空间站连接的毕格罗可充气活动太空舱（BEAM）。另外，毕格罗并不满足于只在地球周围开展业务。在未来，他的气球空间站业务还会包括殖民月球、建立火星基地以及进行深空探测等。

柯伊伯带上的盘形城市

美籍英裔数学物理学家弗里曼·戴森要么是一个知识渊博的人，要么是一个疯子。他曾获得过许多科学奖项，但他的一些想法常常倾向于跌出科学理性领域之外。

他最著名的想法之一就是戴森球，一个可以包裹一颗恒星的大型建筑结构，可以用来获取恒星释放出的大部分能量。但戴森也提出过位于太阳系其他地方的设计，特别是柯伊伯带那里—一个处于海王星轨道之外的彗星密集区域。

在该地区，彗星通常会拥挤成群，这样彼此拴住就可以形成一大片的殖民地。正如戴森所构想的，一个位于柯伊伯带的大都市将会是一个平坦的、盘形的彗星集合，彗星之间被长长的绳索连接起来，它们一起缓慢地旋转，以此来保持绳索处于绷紧的状态。

即使它们没有拴起来，一个彗星也会频繁地与其他的彗星擦肩而过，而且它们常常处在距离彼此150万千米之内，这使得殖民者可以从一个彗星很容易地跑到另一个彗星上。至于如何在冰冷的柯伊伯带那里获取足够的光和热，戴森表示，只要建立一个100千米宽的镜子阵列就能够产生大约1000兆瓦的太阳能。

生物工程树

想象一棵从彗星上长出的巨树，它的根部填补了彗星内部的缝隙，它的树冠形成一种围绕在外的保护伞，而它空心的树干里居住着熙熙攘攘的人类殖民者……欢迎再次来到戴森的怪异思维中。

1997年，戴森发表了一篇题为“恒温植物和冻干鱼”的文章，里面提到了一项用生物工程改造的“温室树”来为人类殖民者提供太空栖息地的计划。在文中，他介绍了使用这种方法来殖民一颗彗星的步骤—与许多传奇的故事一样，人类进入宇宙的旅程将从一粒种子开始。

根据戴森的描述，一旦这粒种子击中一颗彗星的表面，它就会生长为一个巨大的恒温植物，而且它是经过生物工程改造过的，可以在冰冷的太空环境中只借助遥远的太阳光即可生存下去。在那里，这棵树能长得特别大，最终形成一个温暖的、封闭的、充满由光合作用产生的氧气的栖息地。人类抵达这里时，可以在空心的树干内安家。

殖民外星球需要多少人

地球不是人类永久的家园，终究有毁灭的那一天。而且，人类现在的种种活动，给地球造成的各种灾难正在不断上演，以至于我们的地球已“千疮百孔”。此外，加上日益暴涨的人口数量，这也使得原本受伤的地球越来越不堪重负。所以，为了人类的世代繁衍，人类必须要向太空扩展，去寻找地球以外的“第二棲息地”，并能在那里建立一个全新的殖民地。

星际旅行时间漫长

但是，在太阳系里并没有一个类似地球这样的地方，因此我们只能到太阳系外寻找另外的宜居星球。目前科学家发现，这样的星球可能有5个：距离地球27光年的猎犬座的黄矮星，距离地球42光年的仙女座恒星，更远些的金属元素含量约为太阳一半的天鹤座恒星，以及天蝎座18和飞马座51。

不过，问题是人类怎么才能到达这些星球呢？不用说，肯定得借助先进的星际飞船！但需要指出的是，对于太阳系内的火星，人类至今都还没有亲身上去过，而且据美国航天局预测，大概还需要20年的时间人类才能够最终登陆火星。所以，以人类目前的科技水平，就别指望还能出太阳系去另外的星球了。可以想象，星际旅行之间的难度有多大！

据计算，距离太阳系最近的恒星系统——离地球约有4.23光年的半人马座α星（也叫比邻星），究竟有多远呢？就是以光的速度到那里只要4.23年，但我们并没有任何星际飞船的速度能够达到和光速一样快。就目前的飞船速度而言，如果要飞往比邻星，最快也得需要几千年才能到达。看来，比邻星虽然“比邻”，但是却远在天涯！

而且，这些星际飞船暂时还没有达到载人的水平。不过，即使在不久的将来飞船具备了这一技术，但对于人类短暂的生命而言，他们就是到死也无缘见到飞船抵达的那天。要是最终还有人会到达，那也是人类不知经过了多少代繁衍后才遗传下来的后代。所以，在到达目的地之前将会有一代又一代的人在飞船上出生、生活和死亡。要知道，这还是离地球最近的比邻星，尚且都需要几千年的时间，更何况是那些更远的星球哩！

看来，在星际飞行的漫长旅途中，需要好多代人类的先驱。因此，我们不得不考虑一个问题：就是怎么让人类在飞船上正常繁殖？不容置疑，飞船上的人口数量一定不能太少。那么，在到达目标星球之前，究竟要带多少人才能保证人类的繁衍生息呢？

初始人口要足够多

美国佛罗里达大学的人类学家根据人类学的模型计算出，假如人类乘坐一艘星际飞船到太阳系外的一个星球上去，并建立一个全新的殖民星球，飞船飞行的时间为2000年，那么，飞船上要带够150人才可以满足人类的繁殖需求。但是，美国波特兰州立大学的科学家却认为，也许150人可以满足人类在飞船飞行前期的正常繁殖，但并不能保证在飞行后期或到达目标星球后，这些人的后代还能在这个星球继续繁衍。

我们知道，一个种群中个体数量较少，并且又在十分孤立的环境中，就很可能会造成种群内部的近亲繁殖，其后果就是他们后代容易患有一些先天性的遗传疾病，那么很多人就会因此而死掉。而且，后代的后代罹患各种遗传疾病的概率也会相应增大，健康状况一代不如一代，这样下去，死的比生下的还要多，以至种群的个体数量越来越少，最终导致这个种群逐渐走向绝灭。因此，要最大限度地避免近亲繁殖，这就得要保证一个种群中的个体数量不能太少。

还有一些研究发现，近亲繁殖会导致种群中80%以上的优秀基因逐渐退化，要知道，这对维持种群的基因多样性是很不利的，而一个种群内的基因数量在减少的话，那么，这个种群是有可能走向绝灭的。看来，除了种群中个体的数量不能太少以外，还必须要保证种群中具有较高的基因多样性——每个物种包括若干个种群，各个种群由于突变、自然选择或其他原因，往往在遗传上有所不同。就好像人类有不同的肤色一样，这便是由基因的差异所引起的。

不得不说，对于减少各种遗传疾病的风险，以及维持足够的基因多样性，150人实在太少了。那么将人数增加到500人呢？科学家认为，在随机挑选的情况下，任意的500人也并不一定就能代表所有人类的基因多样性。如果真的要建立另外一个长久的人类星球殖民地，那么，就得把人类尽可能多的基因“种子”撒向这个星球，这样人类才能健康地繁衍，永久地延续下去。当然，这就得使飞船上的初始人口要足够多才行。

为什么这么说呢？因为除了近亲繁殖外，还有一些我们不得不面对的风险问题，如疾病暴发、机械故障、外星生物入侵，以及太空环境对人体健康的影响，等等，这些风险都将会大大减少殖民星球的人口数量。所以，飞船上的初始人口只有越多才越好，这样即使灾难发生，也能抵消一部分对人类的基因多样性和人口数量的影响。

人数在1～4万之间

那么，星际飞船上究竟得带多少人才能满足要求呢？

佛罗里达大学和波特兰州立大学共同合作开发了一个计算机模型。具体情况是这样的：计算机通过特定算法计算出了星际旅行途中可能发生的不同灾难，并设置一个初始人口数量，同时设定旅行时间为300年（30代人）。然后，计算机对每个初始人口数字进行10次计算，取10次模拟结果的平均值作为最后依据。

结果显示，如果按照4万人的初始人口，最后基因多样性的比率能够达到100%。不过，即使只有1万人，基因多样性的比率仍在一个可行性的范围内。而且，这两个数字在各种灾难测试中的结果都还不错，能够保证殖民人口有足够的基因多样性。但是，如果数字低于1万，那基因多样性的比率就会大大降低。

看来，人类要成功殖民另一个星球，星际飞船上至少要有1万人，而人数在1～4万之间是比较合适的。不过，这几万人并不是全部都在同一艘飞船上。例如，当1万人被安置在一艘船上时，任何风险对于每个人都是潜在的威胁；而一旦发生毁灭性的灾难，那这1万人就有可能全部覆灭。但是，这些人要平均分散在五艘飞船上，即使其中一艘船遭灾，那么损失也是有限的。

当然，在将来人类的科技水平更加先进了，星际飞船的速度也会更快，那时候人类去其他星球的时间将会大大缩短。而且，从理论上来说，人类利用现有或未来数十年的科技在有生之年进行星际旅行是完全有可能的。

20世纪70年代，英国行星协会发起了一个“代达罗斯计划”，其目的就是探讨进行星际旅行。科学家设计了一种星际旅行太空船，它重达5万吨，由核聚变能源驱动，预计能以12%光速高速飞行。要知道，以这个速度人类只需花50年左右的时间就可以抵达比邻星了。还有，2012年美国航天局也在开展一项名为“百年星舰”的宇宙探索计划，希望在百年內能够让人类冲出太阳系，抵达其他遥远的星球。

可见，人类踏足其他星球的愿望并不久远了，到那时，我们也就不需要再考虑得带多少人了！不过，殖民外星球毕竟是一项浩大的工程，一艘飞船上最多能带多少人，途中人类的自给自足，以及抵达星球后人类生活保障等问题，这些都是我们不得不考虑的。

外星殖民即将成真？

地球人有这样一个梦想——冲出地球，遨游太空，移民某个适合人类居住的星球。

人类为什么总会有这样的梦想呢？

首先，人类的大脑对未知世界有强烈的探究意识，这种意识让人类对未知世界充满着好奇，于是揭开太空谜底，成为人类头脑中孜孜以求的目标。也就是说，人脑中强烈的探究意识是人类移民其他星球的思维基础。

其次，人类是特别好竞争的物种。竞争是自然界的生存法则，也是人类社会得以进步的强大推动力。在竞争的推动下，各个国家特别是技术先进的国家，展开了太空探索项目竞争。保持太空探索项目的优势，已经成为国家展示实力的一种方式。

最后，地球生存环境的不断恶化，引发了人类逃离地球的心理需求。众所周知，随着工业化程度的不断加深，以及人口数量的不断增加，地球环境正遭受越来越严重的破坏，并且有许多破坏不可逆转，有的区域因为化学污染或核污染，已经变成“永远”不适宜人类生存的环境。如果这样的环境越来越多，整个地球都将不再适宜人类生存。出于对地球早晚会毁灭的恐惧，所以人类就有了强烈的要移居其他星球的心理需求。

为了实现人类移居其他星球的梦想，美国在2010年制定了一项名为“百年星舰”的外星移民计划。2012年9月13日，这项计划得到资金援助得以启动，于是人类移民外星球的“梦想”终于站在了“成真”的起点上。

可是，要让“百年星舰”完成地球的移民计划，需要克服下面三个障碍：

第一个障碍：能不能开发出可以长距离长时间运行的载人宇宙飞船？新开发的宇宙飞船需要能在太空持续飞行一百年，甚至数百年。飞船在太空中以百年计的时间飞行，其内部构造当然会相当繁杂，在繁杂的系统中关键是要有可靠的能源保障系统和生命维持系统。只有有了这两套关键而可靠的系统，飞船才能“持续飞”，飞船里的人才能“照常活”。为了实现这些目标，飞船必须建造得像一个可以自给自足的小镇，质量至少在百吨以上。

第二个障碍：谁愿意搭乘宇宙飞船去探险？“百年星舰”是“单向飞船”，也就是说乘坐这艘飞船的人员一旦离开了地球，就不可能返回。他们的探险经历只有两个结果：一是成功着陆外星球，实现在外星球安居乐业的梦想；二是继续在太空中飞行，距离地球越来越远，最终与地球失去联系。这种“有去无回”的搭乘方式有点儿恐怖，谁愿意参加如此恐怖的太空之旅呢？所以挑选勇敢的搭乘人员是推进这一计划的心理瓶颈。还好，“百年星舰”计划一经启动，就有位美国黑人女宇航员报名做“百年星舰”的指挥长，她勇敢地决定要试飞这次“有去无回”的太空之旅。当然“百年星舰”上只有一位舰长是不行的，除了舰长，还需要好多的男男女女，甚至需要一些小男孩和小女孩，这些人愿意乘坐“百年星舰”吗？目前大多数人还很难做出“出行”的决定。

第三个障碍：目的地在哪里？“百年星舰”需要挑选一个适宜人类生存的外星球作为移民目的地，但是到目前为止，人类还没有发现适宜人类居住的外星球。退一步讲，就算是已经发现了一个星球适宜人类生存，那么这个星球的“土著”允许地球人的“移民侵占”吗？如果他们不允许，引发了“星际战争”怎么办？鉴于当前还没有发现真正适宜人类生存的外星球，所以“百年星舰”计划的目标选定了火星。火星上的环境虽然恶劣，目前并不适合人类生存，但科学家们却认为人类移民火星之后可以改造火星，把火星改造得适宜人类生存，从而让火星成为人类移居外星球的“第一站”——科学家们把人类移居火星的日期定于2030年。当然，人类移民火星并不需要飞行一百年，仅仅需要9个月的时间。

根据最新的火星探索成果，人们发现火星上虽然遍布沙丘砾石，但有证据表明火星上有水存在，并且火星上还存在大量的深坑岩洞，人们认为这些深坑岩洞可以成为首批地球移民的生存“掩体”，这就有可能让人类有机会成为火星的“殖民者”……

外星殖民，我们要先当星际农民

鲜花、掌声、闪光灯，如同数月前迎接“神九”航天员归来一般，2012年12月1日，我国首次受控生态生保集成试验参试乘员唐永康、米涛顺利出舱，受到人们的热情迎接，因为他们圆满完成了在密闭试验舱内为期30天的科学试验。这次试验的成功，标志着我国在“太空农场”研究领域取得了重大进展。在未来，将有越来越多的航天员在太空舱中享受“田园风光”，在辛勤耕种之后可以享用到新鲜的蔬菜和肉食。

未来航天员变身“太空农民”

太空旅行不像在地面上旅行，很多看起來平常的小事到了太空就成了大事情。太空是一个高真空的环境，中途也没有饭馆和厕所，所有的事情都要在封闭的太空舱中完成，需要万无一失的生命保障系统来支撑。

开展长时间、远距离、多乘员的载人深空探测和外星移民开发，是未来航天技术发展的必然方向，而建立受控生态生保系统是解决其生命保障问题的根本途径。所谓受控生态生保系统，英文名称为Controlled Ecological Life Support System，缩写为CELSS。该系统是一项生物科学与工程科学相结合的综合性生物工程，是利用不同生物种的特点，结合一些物理和化学方法，用工程技术手段在空间建立一个适合人类长期工作和生活的场所。该系统主要通过高等植物和微藻为航天员生产食物、氧气和水，并吸收航天员产生的二氧化碳等废气；通过饲养动物为乘员提供动物蛋白；通过微生物的分解作用，将系统内的废物转化为可再利用的物质，从而实现系统内物质的完全闭合循环。

上面的定义看上去稍稍有些复杂，我们可以把它简化一下：所谓受控生态生保系统就是一个封闭的“太空农场”，在这个“农场”中，航天员的大小便和部分生活垃圾经过微生物的分解发酵之后，可以作为植物的肥料，植物可以直接作为航天员的素食，也可以作为“农场”中动物的饲料，这些动物则可以成为航天员的肉食。更为重要的是，植物还可以为航天员和动物提供所需的氧气，而航天员和动物呼出的二氧化碳则可被植物吸收，通过光合作用合成有机物质。植物吸收航天员的尿液后，还可以通过蒸腾作用把尿液部分转化为水蒸气，冷凝后就可以成为干净的饮用水。

从受控生态生保系统的物质循环过程可以看出，在理想状态下，未来的太空旅行不需要携带太多的饮食，只需要携带一些植物种子和不同性别的动物幼体，另加少量的应急饮水和食物，就可以在太空中长期漫游了。未来的太空飞船很可能就像是传说中的诺亚方舟，其中承载了不少生物。这些生物不但是航天员的伙伴，也是航天员的食物。未来的航天员将拥有多重身份，他们不仅是航天员、科学家和探险家，还是在太空舱中种地的“太空农民”。当然，受控生态生保系统的相关技术不仅适用于太空舱，也适用于外星基地。

参试乘员的幸福生活

1994年，我国在载人航天工程启动后不久就开始了太空农场的相关研究工作。经过近20年的发展，从最初的概念研究起步，逐步建成了受控生态生命保障技术实验室。2011年，包括植物舱和乘员舱等12个分系统的受控生态生保系统集成实验平台建成。

在经过多次成功的植物密闭试验后，我国首次让参试乘员进入密闭的受控生态生保系统，进行为期30天的密闭试验。这次试验的重点是研究密闭系统中人与植物间的氧气、二氧化碳、水等物质的动态平衡调控机制，并掌握就地供应乘员新鲜食物的方法。在这次试验中，空气、水和食物的闭合度（即自给自足比例）分别达到100%、85%和15%，系统产生的冷凝水得到100%的回收利用，废水和尿液平均达到60%的回收利用。

2012年11月1日，唐永康和米涛进入试验舱，开始了参试乘员的幸福生活。在30天的时间里，两人每天除了开展各种科学实验，还要照看设备、管理蔬菜以及锻炼身体。密闭试验舱是个“两居室”，两个房间的空气是互相流通的。其中的大屋子有36平方米，用来种植生菜、油麦菜、紫背天葵和苦菊四种植物，它们靠参试乘员的尿液和试验之初带入的部分自来水浇灌。这些蔬菜可为参试乘员提供呼吸用氧，并吸收他们呼出的二氧化碳，利用红色LED灯光进行高效光合作用。试验舱的小房间有18平方米，是两人的生活空间，他们在这里可以吃饭、睡觉、健身，还能上网。虽然生活在密闭的试验舱中，他们一点也不感到孤独和寂寞，更多的是兴奋和自豪。

参与试验的两名参试乘员每天吃饭还是以航天食品为主，不过和太空中的航天员不同，他们每餐还可亲手采摘并食用新鲜蔬菜30～50克。由于密闭系统中没有炉灶，他们无法吃到煮熟或炒熟的蔬菜，只能吃凉拌的生蔬菜。参与试验的唐永康说：“感觉很奇妙，我很喜欢吃这里的蔬菜。”天天吃生蔬菜，听起来似乎有些难受。然而，对于那些成年累月在太空中旅行的航天员来说，新鲜蔬菜则是他们梦想中的食物。现在的航天食品大多是高度浓缩的、流质状的，航天员需要像挤牙膏似的把这些流质食物挤进嘴里。

中国航天员中心副总设计师高峰指出，接下来还有很多工作要做。比如，以后还要在这个建在地面上的“太空农场”中饲养动物，包括牲畜和鱼类。中国航天员中心正积极筹划，拟建具有世界先进水平、规模更大的太空密闭生态循环系统研究基地。我国已经建成了“天宫一号”空间站，还将建设更多的“天宫”系列空间站，未来的试验将从地面转移到这些空间站中。这些试验将为我国载人飞船探索月球和火星打下坚实的基础。

在外星上建造“伊甸园”

近几十年来，国外一些发达国家一直没有间断过对“太空农场”可行性的研究。早在20世纪60年代，美国和苏联就开始了“太空农场”的研究，在空间植物培养等方面开展了大量研究，并在空间站上成功地进行了植物栽培。“和平”号空间站上有一个太空温室，面积约为900平方厘米，播种了数十粒不同品种小麦的“太空种子”。在太空失重条件下，播种的小麦在70～90天后成熟。在这个封闭的太空温室内，松土、浇灌等所有农活均是在航天员控制下由机器人自动操作完成的。

1972年，苏联科学家首次尝试建造了受控生态生命保障系统，完成了“生态圈3号”的建造，这个约1 033平方米的生态圈位于西伯利亚，可供3人生存。大型水池中的藻类可以为他们提供氧气，若生态圈内的一切都运行良好，这个系统可以为居住者提供85%所需的空气和循环水。在“生态圈3号”里进行的最长的一次实验，曾长达180天。

1989年，美国宇航局在建造的“生态之家”中开始生命保障系统实验。这是一个形似太空舱的建筑，里面也有两个房间，一个房间种植植物，一个房间有人进行科学研究。研究人员在人造的环境中研究废水的处理和室内空气质量的状况，结果不出所料，种植植物能够极大地提高空气质量并改善居住者的身体状况。1991年，美国亚利桑那州图森市建造了“生物圈2号”，这是当时最大的受控生态生命保障系統。其中种植了精心挑选的3500种植物，放养了猪、羊、鸡等300种动物。遗憾的是，这个实验以失败告终。这也说明，生命要长期融入太空，绝非简单的事情。

如果受控生态生保系统技术发展成熟，那么人类就有希望未来在月球或是火星上，人工构造一个“小地球”。科学家认为，将来“太空农场”也很可能是建成球冠状，利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度，从而使植物处于类似地球上的生长环境。英国在英格兰南部建造的“伊甸园”，就是这样的一片球冠状建筑。这是一片半密闭式生态生保系统，栽种了来自全球总数超过4 000种的植物，人们可以通过特殊的舱门进入参观。

未来移民外星，你有心理准备吗？科学家预测，如果吃喝拉撒的问题能得到很好的解决，第一批外星移民可能在50年内出现。美国民营航天公司SpaceX执行总裁埃隆·马斯科就表示，未来他们将在火星表面建造8万人的移居基地。目前，他们也在进行密闭生态系统的试验。可以预计，外星移民潮可能在我们大多数人的有生之年中涌现。到了那时，去火星看日出将成为新的旅游热潮。

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太空新鲜肉食很可能是蚕

在太空舱中可生产哪些新鲜的蔬菜和肉食？除了考虑动植物的适应性外，还得考虑航天员的营养需求。美国、俄罗斯等国都对太空食谱进行了大量研究，尝试种植小麦、大豆、土豆、胡萝卜、番茄、卷心菜、青椒等，它们能在光照下生产供食用的淀粉、植物蛋白、维生素、矿物质等。

说到肉食，我们马上会想到猪牛羊和鸡鸭鱼。然而，中國科学家却推荐了一款我们可能难以下咽的肉食——煎蚕。在外星基地中饲养大型动物还有可能，要在太空舱的狭小空间中饲养这些动物就很不现实了，科学家为此推荐了小个头的蚕。他们认为蚕的蛋白质含量高、生长周期短、生物转化效率高、活动所需空间小，饲养蚕的过程中气味小、不产生废水。因此，蚕有希望作为太空旅行所需动物蛋白质的最佳候选动物。