展望未来_航天科技  
载人航天的实践，至今才进行了 20 多年。在人类的历史长河中，这仅仅是一个短暂的时刻，但在科学上所取得的辉煌成就却是令人瞩目的，必将载入史册。
 
科学家们已经认识到，宇宙空间必将成为陆地、海洋之后又一重要的、有待开发的新领域。空间资源等待着人们去开发利用，空间工厂的建立是必然的趋势。正因为如此，苏联先后发射的空间站做了大量的实验性工作，而美国继天空实验室、航天飞机之后，已计划在本世纪 90 年代建立地球轨道上的永久性空间站。它是一个空间生产基地的雏形。初期可容纳 6～8 名男女科学家工作生活，以后可逐渐扩大，容纳更多的人。
 
整个空间站内的设施非常齐全，包括制导、稳定、控制、通讯系统，也包括充足的电力供应。除了完善的生活保证系统外，还有能治疗常见病、轻伤及 X 光透视的小型保健室。此外，其他各国如日本、欧洲的一些国家也积极和美国合作，参与了空间站的研制。
 
在这种大型的空间站实验室里，可以研制地球上难以制造的金属、非金属材料，生产地球上无法生产或难以大量生产的纯净药物。这些将会引起工商业界的兴趣，使空间站产品的生产、销售逐步商业化。企业家的投资，将会争先恐后地接踵而来。不久的将来，一个新的庞大的商业企业可能会在宇宙空间建立起来。
 
宇宙空间的工厂、城市的出现，必然会成为现实。人类能否在宇宙中繁衍后代，这是人类真正成为宇宙主人的关键。宇宙间的生儿育女的遗传学课题，科学家们已着手研究。第一步是将生物送到宇宙空间进行实验。早在 1973 年，美国把 2 条海水幼鱼、50 颗鱼卵、6 只老鼠、720 只果蝇蛹、2 只普通蜘蛛带到宇宙空间，持续航行 59 天，观察了它们在宇宙空间的生态反应。结果发现，鱼卵奇迹般地孵化出几十条幼小的鱼苗，在航天器水池里自由地游动。 1974 年 10 月到 11 月，苏联在宇宙空间试验蚕卵的孵化。实验证明，单个蚕卵孵化成幼蚕，比在地球自然环境下时间要快一倍。尔后，苏联又在生物卫星上试验了受精的鱼卵、鹌鹑蛋、怀孕的老鼠等生长情况，结果成功和失败参半。鱼卵孵化了鱼苗，鹌鹑蛋 75％发育正常，但老鼠进行交配怀孕试验没有成功。这一事实给空间生命科学家们的启示是，空间环境还是有可能进行有性繁殖的。但人类在宇宙间要生儿育女，却不是一件简单的事。失重引起的人的生理变化，是否会影响怀胎中的婴儿，这有待进一步探索。
 
据科学家们预测，到 21 世纪 20 年代或 30 年代，可能有一千多人生活在宇宙空间或月球基地。人在字宙间，必须解决长期生活中的食品、氧的供给，为此科学家们正在研制密闭生态系统。
 
20  多年来，航天器载人的数量和人停留在宇宙空间生活的时间，比起将来空间站上的人数及停留时间要少得多和短得多。少数几个人在太空的生活必需品，如氧、水、食物，由地面带去，或者由航天运输飞船送上去是不难的。而今后的星际航行、永久性空间站的建立、空间站的长期科学实验、月球基地上的开采矿藏，首先必须解决好人的生活必需品的供给。所以美苏等国都已着手研制密闭生态系统，企图解决航天期间的一部分生活需要。
 
我们人类居住的地球，是一个开放的大自然的生态系统，人和动物、植物共同组成一个巨大系统，互相依赖生存，亿万年来不断地循环往复，延续至今。科学家研究的用人工建立的密闭生态系统，是选择一些在代谢功能上与人有关联的植物、动物、微生物，与人组成一个相对的密闭的生态循环，  
并使循环维持一种长期动态平衡状态。对系统的设计要求，不仅能再生氧气、水、食物，而且能提供一个地球大体相同的生活环境，以满足人体基本生理卫生要求。
 
密闭生态系统，一般包括植物、动物、微生物的无机化处理三部分。选用的植物一般认为单细胞藻类比较好，如小球藻、多形卵胞藻。小球藻的优点是体积小，含纤维素少，容易培养繁殖。多形卵胞藻的优点是光合作用效率高，不粘附成团，不怕污染。有人计算，用多形卵胞藻培养，只需要 60～ 80 升的培养物和 8 平方米的光照面积，光合作用产生的氧就足够供给一个人呼吸用。若用其他藻类产生同数量的氧，至少需要 3000 升培养物，15 平方米的光照面积。由于多形卵胞藻的这一优点，近年来在密闭生态系统的研究中受到科学家的重视。
 
学者们曾在研究中认为，藻类既可用于气体交换，又可作为航天员的食物来源，因藻类含有大量的蛋白质，高达 4O～60％。但实验证明这是不可能的，因为人类食物中的蛋白质含量一般不超过 20％，而藻类含蛋白质量太高，人体不能消化吸收。在密闭生态环境中藻类不能直接利用人的粪便，需要加入细菌真菌，将粪便分解成藻类能利用的物质。理想的密闭生态系统，包括高等植物、藻类、细菌、动物等复杂系统。
 
在系统中栽培高等植物，对人的生理心理作用是十分必要的。高等植物也是密闭生态系统的重要组成部分，人们已经在空间站、航天飞机上的失重环境下进行了植物栽培试验，获得了初步成功。系统中选择植物的标准，是具有光合作用效率高，能在较低的光照情况下正常生长，能耐受较高的渗透压、无毒、叶大茎小等特点。目前被研究选用的植物有花生、黄豆、圆白菜、马铃薯、西红柿、大白菜等。为了保证航天员有足够的营养物质，至少需要25～50 种不同种类的蔬菜水果，整个系统中的再生水、废物处理、消除二氧化碳及其他污染物质所需要的细菌、藻类以及植物、动物品种，可能要有 100 种以上。
 
系统中饲养动物，主要是为航天员提供新鲜的动物食物，充分利用植物中不可食的部分作为饲料。选用肉奶产量高的而且可以连续饲养的个体较小，代谢高，生命周期短，饲料要求少的动物。特别是生命周期短对维持系统的动态平衡可靠性非常重要。被建议用采的动物有兔、鸡、山羊、热带鱼等。山羊可供人们食肉，也可喝奶。
 
人和动物的粪便不能被植物直接利用，需要经过处理，将生活垃圾变成可利用的物质，如水、无机盐、二氧化碳等。处理的方法，可用生物学技术、物理学技术。生物学无机化处理技术就是用微生物或藻类通过生物氧化作用，将废物中的有机物质变成水、盐、二氧化碳等无机物。用微生物进行无机化处理，不能采用农民沤肥的方法，这种无氧过程反应人慢，时间太长，氧化也不完全，还会产生氢甲烷等有害气体，更增加处理上的困难。所以采用氧化过程，在需氧微生物酶的催化下，可以迅速而完全地将有机物变成无机物。最终形成的无机物，有许多是植物生长的必需物质，如维生素、激素等。物理学无机化技术，其原理是在高温高压下对液态粪便和有机垃圾进行燃烧和氧化，这种方法简便，废物中的纤维素类物质经处理后产生水、二氧化碳。但这种方法的最大缺点是处理后物质中会含有某些金属氧化物，对高等植物有毒性作用。目前的发展趋势是将这两种方法结合起来，取长补短，互为补充。  
对密闭生态系统的研究，国外已进行了 20 多年，目前它仍还处于试验阶段。在地面的特殊环境中的成功经验，在宇宙空间是否可行，特别是失重、宇宙辐射下的植物动物生长发育，都需要进一步探索。密闭生态的研究有着重大的科学价值和经济价值，它不仅适用于长期载人航天，也适用于地面上的密闭环境和工农业生产。单细胞藻类培养技术如获得成功，可成为含有高蛋白和维生素的饲料，必能促进畜牧业、家禽业的发展。
 
苏联莫斯科航空学院研制出一种宇宙孵化器，预计能在失重情况下孵化出鸡雏来。不久的将来长期生活在空间站上的人，将能吃上宇宙间生长的动物食物。孵化器由两个隔室组成，鸡蛋在第一室内存放 20 昼夜，通过小离心机产生人工重力场，室内还有一架特殊的机器，能模仿抱窝的母鸡动作，使鸡蛋的位置不断变化。经过 20 昼夜后，将这些鸡蛋转移到第二室，使它们在失重状态下孵化出小鸡。这种孵化器一次可放 12 个鸡蛋。孵出的小鸡被送到饲养装置里，每一只都喂养在单独的有橡皮墙壁的小笼子里。当小鸡和橡皮墙接触时，橡皮墙就收缩，从而对小鸡肌肉起到刺激和按摩作用。每一个笼子都有适合失重条件下使用的饲料槽及饮水槽。孵化器在地面上顺利地通过了试验，一共孵出 200 多只小鸡，并把它们喂养长大。下一步是将孵化器送到宇宙空间去试验。
 
美国国家技术实验室的科学家，正在为未来的空间站试制密闭生态维持系统。在人工精心控制的条件下，对一些花木，如中国的万年青等，进行从空气中去除有毒物质的试验。我们知道，植物是吸收吸空气中的二氧化碳，并吐出氧气的。近年来还发现，家庭种养的观赏花木还具有更多的作用，除吸收二氧化碳吐出氧气外，还能吸收甲醇、一氧化碳、氧化氮等许多化学有害物质。在空间站上栽培植物，可以起有效的“空气清洁剂”的作用。
 
研究人员为密闭系统的研制，还作了空间站废水处理和再生循环的试验，大部分技术已得到解决。其中一种叫“凤眼兰”的水生植物，能把污水转化为清洁的饮用水。这种处理过程，称为溶液培养。在圣地亚哥进行的试验获得了成功，处理过程是：污水经振动过滤后流入凤眼兰覆盖的水池，池中养殖食蚊鱼、刺古，种着浮萍等浮游生物。凤眼兰有长长的纤维根系统，吸收污水中的有毒化学物质，甚至能吸收放射性物质。其作用像一个巨大的过滤器，把水中的悬浮物过滤掉。这种水再经过除细菌、过滤和消毒等处理，质量比淡化海水还要好。