環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)是載人航天器中十分關(guān)鍵的系統(tǒng)，直接關(guān)系到航天員的生命安全。隨著任務(wù)周期及乘員人數(shù)的增加，生保物資也將成倍增加，如果仍然采用第一代補(bǔ)給式環(huán)控生保系統(tǒng)將對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)造成很大的壓力，因此，為降低發(fā)射成本和物資補(bǔ)給壓力，科學(xué)家們開發(fā)了第二代環(huán)控生保系統(tǒng)。與第一代補(bǔ)給式的環(huán)控生保系統(tǒng)不同，第二代環(huán)控生保系統(tǒng)采用物理化學(xué)的方法，主要考慮如何將CO2、水蒸汽、尿液、生活廢水經(jīng)過再生重新轉(zhuǎn)變成可被航天員利用的O2和純凈水。

此外由于各類生保物資回用成本不同，航天器內(nèi)一般采用非再生式與再生式生保系統(tǒng)相結(jié)合的方式，例如在食品的供應(yīng)及廢物的處理上采用非再生的方式，而在大氣凈化和廢水處理方面則采用物理化學(xué)再生的方式。

在這一物質(zhì)循環(huán)鏈中主要分大氣再生和水再生兩大循環(huán)：1）空氣中的冷凝水經(jīng)過處理再生成凈化水；2）尿液經(jīng)過處理再生凈化成凈化水；3）生活廢水再生成凈化水；4）CO2經(jīng)過收集濃縮再被還原成水和甲烷；5）O2的再生循環(huán)。物理化學(xué)再生概念的另一個(gè)涵義是處理物質(zhì)再生設(shè)備中的凈化劑本身需要的再生，而在非再生式環(huán)控生保系統(tǒng)中凈化劑屬于重要消耗品，要占很大比重。

第二代物化再生式環(huán)控生保系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)示意圖

圖片來源：https://wenku.baidu.com/view/1a97d43543323968011c9260.html?pn=NaN

第二代物化再生式生保系統(tǒng)在飛行器內(nèi)應(yīng)用廣泛。禮炮號(hào)、和平號(hào)及國(guó)際空間站內(nèi)均采用了相關(guān)的物理化學(xué)再生式生保系統(tǒng)。涉及的技術(shù)主要包括以下三個(gè)方面：

CO2再生技術(shù)：既包括吸附劑的再生，如分子篩和固態(tài)胺；又包括CO2自身的再生， CO2進(jìn)入物質(zhì)循環(huán)中，得到重新利用，如CO2的還原。

四床分子篩二氧化碳去除系統(tǒng)

圖片來自 R. Coker 和 J. Knox 在 COMSOL 用戶年會(huì)的展示

廢水處理再生技術(shù)：冷凝廢水、衛(wèi)生廢水及尿液等的處理和回用，主要通過多層過濾、熱電膜蒸餾、減壓蒸餾等技術(shù)。

航天員進(jìn)行飛船環(huán)控生保飲水裝置操作演練

電解水制氧技術(shù)：通過將處理后的水電解制取氧氣，主要有流動(dòng)堿性電解池、靜態(tài)供水固定式電解池及固態(tài)聚合物電解池。

以航天員科研訓(xùn)練中心為代表的載人航天科研單位在第二代環(huán)控生保系統(tǒng)的研究開發(fā)上做了廣闊深入的探索，取得了大量的成果和成熟產(chǎn)品并在“神舟”號(hào)飛船上得到應(yīng)用，為我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室及空間站的建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

載人航天技術(shù)的發(fā)展也帶動(dòng)了多項(xiàng)民用產(chǎn)品的進(jìn)步，例如反滲透凈水技術(shù)，空氣凈化技術(shù)，電解水制氫及氫燃料電池技術(shù)等。通過軍轉(zhuǎn)民，這些技術(shù)也已轉(zhuǎn)化為民用的技術(shù)或已經(jīng)成為成熟的產(chǎn)品，在未來將會(huì)有更多的航天技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)入尋常百姓家，因此，環(huán)控生保系統(tǒng)的發(fā)展不僅保障了航天員的生命安全，同時(shí)也是一件造福大眾的事情。

參考文獻(xiàn)：

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王康, 高峰. 載人航天器環(huán)控生保系統(tǒng)50年研制回顧與展望[J]. 航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程, 2011, 24(6):435-443.