想象一下，生活在一個生存取決於生活在自己的極限內的地方，不消耗超過您生產的食物和能源，創造足夠的淡水和空氣來維持生活，將廢物減少到最低限度，回收一切可以回收的東西，並避免汙染周圍的環境。在某種程度上，這是太空人在 國際太空站 上必須面對的，也是他們在未來在 月球 或 火星 上的定居點必須面對的更大程度上必須面對的。
但這也是我們要保護弓境必須在 地球上 生活的方式，這是今年 10 月 4 日至 10 月 10 日舉行的世界 太空周 的主題之一。
空間站或月球基地在很大程度上是一個閉環系統。我們的意思是，它必須生產自己的資源，然後回收它們，將它們反饋給系統，因為它們是有限的。攝入過多，太空人可能會耗盡空氣、食物、水或能量，這可能是致命的。當然，偶爾會有來自地球的補給，所以它們不是 100% 的閉環系統。然而，完全閉環的是地球本身。
地球號宇宙飛船
想想吧。我們的星球有一定的承載能力，或者說羅馬俱樂部——一個由學者、商界領袖和政治家組成的智囊團——在他們 1973 年的著名報告中所說的「 增長的極限 」。他們警告說，地球開始達到其承載能力，很快我們將產生過多的能源，吃掉太多的食物，無法生產足夠的淡水，並將溫室氣體排放到大氣中，這將使我們的全球閉環系統不可持續。事實上，隨著 氣候變遷 的破壞性逐年 增加 ，導致更頻繁的幹旱、饑荒、野火和極端天氣，有些人可能會說我們已經到了那個階段。
這就是學會在太空中生活可以幫助教會我們如何在地球上可持續地生活的地方。這並不是一個新想法，但德國航空航天中心的研究人員最近在【 可持續地球評論 】雜誌上發表的一篇論文簡潔地總結了為生活在閉環太空棲息地而設計的技術如何套用於地球。
他們描述了太空棲息地如何履行多項功能才能保持閉環系統，以及如何將這些功能重新套用於更大的地球規模。
首先，必須培育資源並將其註入系統。在這種情況下，資源是指棲息地運作所需的一切，從食物到能源。然而，這個概念必須小心管理，因為如果不加以控制，它很容易被利用。例如，如果所有的水冰都太快地從月球風化層中開采出來，那麽就沒有水冰可以長時間供應月球基地。
其次是回收這些資源，這樣它們就不會太快用完。在閉環棲息地中，未回收的廢物成本高昂，並且隨著時間的推移會減少棲息地，因為這意味著可供使用的任何給定資源會逐漸減少。它還會汙染棲息地的環境，再次減少棲息地的環境。
第三是自給自足。除了偶爾來自地球的補給外，太空棲息地需要能夠生產和修復它需要的一切。
國際太空站並不是一個完全閉環的棲息地，但它正被用於開創技術，有朝一日可能會使其他太空棲息地自給自足。 （圖片來源：NASA）
最後，閉環棲息地必須具有足夠的彈性，可以無限期地支持其船員和任何其他動物或植物生命。如果系統因被濫用而崩潰，棲息地的壽命就會嚴重縮短。
我們可以看到這些如何套用於地球。集約化農業、采礦、捕魚等展示了我們如何在封閉的地球迴圈中開發資源。回收可以幫助我們維護我們的資源，而不會因廢物而汙染環境。如果社區能夠變得更加自給自足，那麽就可以減少二氧化碳排放，因為資源不必從外部地區運輸到社區。
近 40 億年來，地球一直表現出對生命的復原力，但我們透過過度消費對環境的粗心態度正在考驗這種復原力。
地球上的太空
有趣的是，為太空使用而開發的技術也可以在地球上提供幫助。
一個典型的例子是太陽能電池板。太陽能電池板發明於 1954 年，當時正值燃煤發電站時代，太陽能電池板並未風靡一時，因為當時地球上的光伏電池用途不大。相反，太陽能電池板首先在太空中取得了突破，早在 1958 年就透過 Vanguard 1 衛星為衛星提供動力。太空國家能夠投入大量資金研發太陽能電池，這意味著到1970年代，這些電池有足夠的能力在地球上使用。今天，我們發現太陽能電池無處不在，平均每塊電池板每天產生 1.5 千瓦的電力;而且，截至 2023 年，太陽能發電量占全球發電量的 5.5%，沒有燃煤發電廠的有害排放物或核分裂反應堆的有毒廢物。
在太空中開發的另一項有助於支持地球上更可持續生活方式的技術是基於食物的技術。太空人在國際太空站（International Space Station）上種植農作物。
這項被稱為蔬菜生產系統的實驗於 2021 年首次生產生菜，由美國太空總署太空人邁克爾霍普金斯收獲。該實驗圍繞著將種子種植在「種子枕頭」中，同時控制肥料和粘土的釋放，並使用專門設計的 LED 燈來促進光合作用，發出更多的紅光和藍光，促進植物生長。這些燈現在正在適應地球上的「垂直農業」，這是一種可持續的農作物種植方式，不會在城市地區占用太多土地並回收水，就像在空間站上一樣。透過在靠近建築社區的垂直農場種植食物，人類可以減少運輸成本和集約化農業，這兩者都會產生高二氧化碳排放。
水迴圈
說到水，水在空間站上迴圈使用至關重要，因為它的重量意味著從地球帶上來的成本很高。國際太空站上的所有水都透過水回收系統進行回收，作為空間站環境控制和生命支持系統的一部份，該系統可以將人類呼出的水蒸氣、汗水甚至小便轉化為飲用水（太空人聲稱，顯然味道相當不錯！尿液處理器元件采用真空蒸餾從太空人的小便中提取幹凈的水，留下聽起來令人作嘔的「尿液鹽水」。甚至開發了鹽水處理器元件，因為該鹽水中仍然存在可用水——在閉環系統中，必須最大限度地利用每種資源。
雖然我們不需要從地球上喝尿液中的水，但全球許多地方都缺乏新鮮、幹凈的水。NASA 的水回收技術已授權給公司制造便攜式過濾器，使社區能夠從受汙染的供水中獲得清潔水。
歐洲人 Andre Kuipers 在國際太空站的微重力環境中與水滴。空間站上的水是一種寶貴的資源，必須加以保護和迴圈利用。 （圖片來源：ESA/NASA）
碳清洗
除了水蒸氣，太空人還會呼出二氧化碳。
阿波羅 13 號上的太空人在從月球返回的途中不得不匆忙用備件建造二氧化碳過濾器時，親身體驗到了二氧化碳積聚的危險。在國際太空站上，二氧化碳必須同樣從空氣中去除。
以前，國際太空站上的氧氣是由一個系統產生的，該系統每年從地球上帶來的 400 升水中提取氧氣。因此，它不是一個閉環系統。現在，歐洲航天局開發了先進閉環系統 （ACLS），該系統能夠將空間站上 50% 的二氧化碳回收為氧氣，不再需要從地球帶出大量水。ACLS 的二氧化碳後處理元件將從空氣中提取的氫氣和二氧化碳混合，以產生水和甲烷。甲烷作為廢物排放到太空中，但制氧元件能夠將水分解成氧氣和氫氣，後者返回 ACLS 系統以再次開始迴圈。
然而，在 ACLS 之前，二氧化碳完全透過一種叫做沸石的礦物去除，這種礦物的孔足夠小，可以將二氧化碳分子困在其中，然後將它們沖入太空。現在，愛丁堡大學的 Stefano Brandani 和 Giulio Santori 正在探索使用沸石技術減少地球大氣中二氧化碳的方法。他們設想巨大的風扇將充滿二氧化碳的空氣吸入由沸石床制成的站點，以去除空氣中的二氧化碳。同樣的技術也可以用於更靠近源頭的地方，在工業產生的廢氣排放到大氣中之前將其去除。盡管碳捕獲技術無法去除大氣中的所有二氧化碳並防止全球暖化，但它可以幫助緩解氣候變遷，並幫助世界將全球暖化控制在不超過 1.5 攝氏度的目標範圍內。
鑒於世界各地的太空計劃經常受到批評，認為它們是昂貴的奢侈品，那麽錢可以花在地球上的其他地方，具有諷刺意味的是，為幫助人們在太空生活而開發的技術可以幫助我們在地球上過上更好的生活。當然，太空旅行本身並不環保——火箭每次發射可以排放多達 300 噸二氧化碳——但如果套用得當，太空中使用的技術肯定可以透過幫助我們成為一個更綠色的地球來糾正這種平衡。畢竟，地球是我們最不可思議的宇宙飛船。
