环境控制与生命保障系统是载人航天器中十分关键的系统，直接关系到航天员的生命安全。随着任务周期及乘员人数的增加，生保物资也将成倍增加，如果仍然采用第一代补给式环控生保系统将对运输系统造成很大的压力，因此，为降低发射成本和物资补给压力，科学家们开发了第二代环控生保系统。与第一代补给式的环控生保系统不同，第二代环控生保系统采用物理化学的方法，主要考虑如何将CO2、水蒸汽、尿液、生活废水经过再生重新转变成可被航天员利用的O2和纯净水。

此外由于各类生保物资回用成本不同，航天器内一般采用非再生式与再生式生保系统相结合的方式，例如在食品的供应及废物的处理上采用非再生的方式，而在大气净化和废水处理方面则采用物理化学再生的方式。

在这一物质循环链中主要分大气再生和水再生两大循环：1）空气中的冷凝水经过处理再生成净化水；2）尿液经过处理再生净化成净化水；3）生活废水再生成净化水；4）CO2经过收集浓缩再被还原成水和甲烷；5）O2的再生循环。物理化学再生概念的另一个涵义是处理物质再生设备中的净化剂本身需要的再生，而在非再生式环控生保系统中净化剂属于重要消耗品，要占很大比重。

第二代物化再生式环控生保系统物质循环示意图

图片来源：https://wenku.baidu.com/view/1a97d43543323968011c9260.html?pn=NaN

第二代物化再生式生保系统在飞行器内应用广泛。礼炮号、和平号及国际空间站内均采用了相关的物理化学再生式生保系统。涉及的技术主要包括以下三个方面：

CO2再生技术：既包括吸附剂的再生，如分子筛和固态胺；又包括CO2自身的再生， CO2进入物质循环中，得到重新利用，如CO2的还原。

四床分子筛二氧化碳去除系统

图片来自 R. Coker 和 J. Knox 在 COMSOL 用户年会的展示

废水处理再生技术：冷凝废水、卫生废水及尿液等的处理和回用，主要通过多层过滤、热电膜蒸馏、减压蒸馏等技术。

航天员进行飞船环控生保饮水装置操作演练

电解水制氧技术：通过将处理后的水电解制取氧气，主要有流动碱性电解池、静态供水固定式电解池及固态聚合物电解池。

以航天员科研训练中心为代表的载人航天科研单位在第二代环控生保系统的研究开发上做了广阔深入的探索，取得了大量的成果和成熟产品并在“神舟”号飞船上得到应用，为我国空间实验室及空间站的建设打下了坚实的基础。

载人航天技术的发展也带动了多项民用产品的进步，例如反渗透净水技术，空气净化技术，电解水制氢及氢燃料电池技术等。通过军转民，这些技术也已转化为民用的技术或已经成为成熟的产品，在未来将会有更多的航天技术和产品进入寻常百姓家，因此，环控生保系统的发展不仅保障了航天员的生命安全，同时也是一件造福大众的事情。

参考文献：

汤兰祥, 高峰, 邓一兵,等. 中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究[J]. 航天医学与医学工程, 2008, 21(3):167-174.

王康, 高峰. 载人航天器环控生保系统50年研制回顾与展望[J]. 航天医学与医学工程, 2011, 24(6):435-443.