在前面的连载中，我们主要介绍了什么是环控生保系统以及前两代生保系统的特点，无论是携带式或物化再生式的环控生保系统，都无法持续的为人类长期在太空中的生存提供保障。现在已知的类地行星，以著名的“第二地球”——开普勒-452b为例，以现有的技术想要到达需要飞行2709万年以上，要想在浩瀚宇宙中搜寻人类新的家园、寻找其他生命起源发展的痕迹以及在探索其他星球资源，没有一个可持续循环的生命保障系统，这些可都实现不了。那么，如何在未来的星际征程中持续高效的为人类提供生命保障呢？

图1. 从地球到开普勒-452b

（图片来源：http://news.qudong.com/article/378067_2.shtml）

说到可持续循环的生态系统，我们认识和了解得最清楚的是哪一个呢？当然就是我们生活的地球。地球上生长的各类植物及藻类作为生产者，为整个生态系统提供了能量和物质的保障，驱动着系统内各种物质的循环再生。受此启发，研究者们提出了受控生态生保系统（Controlled Ecological Life Support System, CELSS）的概念，依据地球生物圈“生产者-消费者-分解者”的基本原理，在密闭空间构建“人-植物-微生物-环境”的小型人工自循环式受控生态系统，通过植物生长、微生物分解等生物过程实现系统内食物、水、氧气等生保物资的再生循环，并辅以一定的物化手段，提供适宜人类健康生长与生活的基础环境。CELSS属于生物再生式环控生保系统，与携带式及物化再生式生保系统相比，适用于在深空探测及未来月球或火星基地等长时间、远距离的载人航天探索场景中。

图2. 月球基地概念图

（图片来源：https://www.reddit.com/r/WhereIsMyFlyingCar/comments/2oq4x5/where_is_my_moon_base/

早在上世纪60年代，前苏联就开始进行CELSS密闭试验——BIOS系列试验，其中最典型的是BIOS-3项目。BIOS-3试验平台动工于1965年，于1972年完工，共计315立方米设计最多可供三个人生存。BIOS-3总共进行了十次有人操作的实验，从1972年至1973，开展了持续时间最长一次实验——3人180天。

图3. BIOS-3项目试验平台

（图片来源：http://www.biosmhars.eu/expe/bios-3）

图4. BIOS-3项目中养殖的小球藻和种植的小麦

（图片来源：Iosef I. Gitelson and Genry M. Lisovsky，2008）

作为当时的另一个航天大国，美国也在积极开展大量的相关试验，其中最突出的是从1986年启动的CELSS Breadboard项目。该项目的试验平台为“Biomass Production Chamber” (BPC)，直径3.5米，高7.5米，分为两层，每层都有多个栽培盘及灯架，栽培面积合计20平方米。整个项目从上世纪八十年代开始，现在仍然在持续的进行中。

图5. NASA CELSS试验平台——Biomass Production Chamber (BPC)

（图片来源：R M. Wheeler and J C. Sager, 2006）

图6. BPC中各类植物的生长情况（图片来源：R M. Wheeler and J C. Sager, 2006）

我国从上世纪90年代开始进行相关的研究，几项重要的CELSS集成试验包括中国航天员科研训练中心组织的“2人30天CELSS集成试验”，北京航空航天大学组织的“月宫一号”试验以及咱们研究院组织的“绿航星际-4人180天CELSS集成试验”等。

图7. “2人30天CELSS集成试验”试验平台

图 8. “月宫一号”试验平台

（图片来源：http://www.spacechina.com/n25/n148/n272/n4785/c704838/content.html）

图 9. “绿航星际-4人180天CELSS集成试验”试验平台

从上世纪六十年代到现在，所有在地面开展的受控生态生保系统相关的试验所关心的核心问题几乎是一致的：如何在稳定保障人类在密闭环境中生存和生活的基础上，不断提高物质和能量的循环效率？作为一个微型的人工生态圈，大气循环、水循环、食物再生、废物循环利用等都是受控生态生保系统稳定运行的关键性环节。因此，在地面上进行了一系列试验设计、论证和试验验证，尽可能提高大气、水以及食物的循环效率，降低能耗代价，都是为了将来将这些技术逐步运用到载人航天的深空探测，实现未来月球、火星等地外星球基地的开发和利用。

参考文献：

1. Gitelson I I, Lisovsky G M. Creation of closed ecological life support systems: results, critical problems and potentials[J]. 2008.

2. Wheeler RM, Sager JC. Crop Production for Advanced Life Support Systems. 2006.