想象一下，生活在一个生存取决于生活在自己的极限内的地方，不消耗超过您生产的食物和能源，创造足够的淡水和空气来维持生活，将废物减少到最低限度，回收一切可以回收的东西，并避免污染周围的环境。在某种程度上，这是宇航员在 国际空间站 上必须面对的，也是他们在未来在 月球 或 火星 上的定居点必须面对的更大程度上必须面对的。
但这也是我们要保护环境必须在 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 太空周 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，然后回收它们，将它们反馈给系统，因为它们是有限的。摄入过多，宇航员可能会耗尽空气、食物、水或能量，这可能是致命的。当然，偶尔会有来自地球的补给，所以它们不是 100% 的闭环系统。然而，完全闭环的是地球本身。
地球号宇宙飞船
想想吧。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 1973 年的著名报告中所说的「 增长的极限 」。他们警告说，地球开始达到其承载能力，很快我们将产生过多的能源，吃掉太多的食物，无法生产足够的淡水，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 ，导致更频繁的干旱、饥荒、野火和极端天气，有些人可能会说我们已经到了那个阶段。
这就是学会在太空中生活可以帮助教会我们如何在地球上可持续地生活的地方。这并不是一个新想法，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太空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如何履行多项功能才能保持闭环系统，以及如何将这些功能重新应用于更大的地球规模。
首先，必须培育资源并将其注入系统。在这种情况下，资源是指栖息地运作所需的一切，从食物到能源。然而，这个概念必须小心管理，因为如果不加以控制，它很容易被利用。例如，如果所有的水冰都太快地从月球风化层中开采出来，那么就没有水冰可以长时间供应月球基地。
其次是回收这些资源，这样它们就不会太快用完。在闭环栖息地中，未回收的废物成本高昂，并且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会逐渐减少。它还会污染栖息地的环境，再次减少栖息地的环境。
第三是自给自足。除了偶尔来自地球的补给外，太空栖息地需要能够生产和修复它需要的一切。
国际空间站并不是一个完全闭环的栖息地，但它正被用于开创技术，有朝一日可能会使其他太空栖息地自给自足。 （图片来源：NASA）
最后，闭环栖息地必须具有足够的弹性，可以无限期地支持其船员和任何其他动物或植物生命。如果系统因被滥用而崩溃，栖息地的寿命就会严重缩短。
我们可以看到这些如何应用于地球。集约化农业、采矿、捕鱼等展示了我们如何在封闭的地球循环中开发资源。回收可以帮助我们维护我们的资源，而不会因废物而污染环境。如果社区能够变得更加自给自足，那么就可以减少二氧化碳排放，因为资源不必从外部地区运输到社区。
近 40 亿年来，地球一直表现出对生命的复原力，但我们通过过度消费对环境的粗心态度正在考验这种复原力。
地球上的太空
有趣的是，为太空使用而开发的技术也可以在地球上提供帮助。
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，太阳能电池板并未风靡一时，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 年就通过 Vanguard 1 卫星为卫星提供动力。太空国家能够投入大量资金研发太阳能电池，这意味着到1970年代，这些电池有足够的能力在地球上使用。今天，我们发现太阳能电池无处不在，平均每块电池板每天产生 1.5 千瓦的电力;而且，截至 2023 年，太阳能发电量占全球发电量的 5.5%，没有燃煤发电厂的有害排放物或核裂变反应堆的有毒废物。
在太空中开发的另一项有助于支持地球上更可持续生活方式的技术是基于食物的技术。宇航员在国际空间站（International Space Station）上种植农作物。
这项被称为蔬菜生产系统的实验于 2021 年首次生产生菜，由美国宇航局宇航员迈克尔霍普金斯收获。该实验围绕着将种子种植在「种子枕头」中，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，促进植物生长。这些灯现在正在适应地球上的「垂直农业」，这是一种可持续的农作物种植方式，不会在城市地区占用太多土地并回收水，就像在空间站上一样。通过在靠近建筑社区的垂直农场种植食物，人类可以减少运输成本和集约化农业，这两者都会产生高二氧化碳排放。
水循环
说到水，水在空间站上循环使用至关重要，因为它的重量意味着从地球带上来的成本很高。国际空间站上的所有水都通过水回收系统进行回收，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出的水蒸气、汗水甚至小便转化为饮用水（宇航员声称，显然味道相当不错！尿液处理器组件采用真空蒸馏从宇航员的小便中提取干净的水，留下听起来令人作呕的「尿液盐水」。甚至开发了盐水处理器组件，因为该盐水中仍然存在可用水——在闭环系统中，必须最大限度地利用每种资源。
虽然我们不需要从地球上喝尿液中的水，但全球许多地方都缺乏新鲜、干净的水。NASA 的水回收技术已授权给公司制造便携式过滤器，使社区能够从受污染的供水中获得清洁水。
欧洲人 Andre Kuipers 在国际空间站的微重力环境中与水滴。空间站上的水是一种宝贵的资源，必须加以保护和循环利用。 （图片来源：ESA/NASA）
碳清洗
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返回的途中不得不匆忙用备件建造二氧化碳过滤器时，亲身体验到了二氧化碳积聚的危险。在国际空间站上，二氧化碳必须同样从空气中去除。
以前，国际空间站上的氧气是由一个系统产生的，该系统每年从地球上带来的 400 升水中提取氧气。因此，它不是一个闭环系统。现在，欧洲航天局开发了先进闭环系统 （ACLS），该系统能够将空间站上 50% 的二氧化碳回收为氧气，不再需要从地球带出大量水。ACLS 的二氧化碳后处理组件将从空气中提取的氢气和二氧化碳混合，以产生水和甲烷。甲烷作为废物排放到太空中，但制氧组件能够将水分解成氧气和氢气，后者返回 ACLS 系统以再次开始循环。
然而，在 ACLS 之前，二氧化碳完全通过一种叫做沸石的矿物去除，这种矿物的孔足够小，可以将二氧化碳分子困在其中，然后将它们冲入太空。现在，爱丁堡大学的 Stefano Brandani 和 Giulio Santori 正在探索使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点，以去除空气中的二氧化碳。同样的技术也可以用于更靠近源头的地方，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去除大气中的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，并帮助世界将全球变暖控制在不超过 1.5 摄氏度的目标范围内。
鉴于世界各地的太空计划经常受到批评，认为它们是昂贵的奢侈品，那么钱可以花在地球上的其他地方，具有讽刺意味的是，为帮助人们在太空生活而开发的技术可以帮助我们在地球上过上更好的生活。当然，太空旅行本身并不环保——火箭每次发射可以排放多达 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绿色的地球来纠正这种平衡。毕竟，地球是我们最不可思议的宇宙飞船。
