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太空生存的秘密：如何克服外太空的惡劣環境？
在人類探索無垠太空的旅程中，生存一直是最基本也是最重要的課題。這不僅僅是指航天器的設計和技術設施，更包含了如何在沒有自然環境的支持下，確保宇航員能夠安全且健康地生活。太空生存的秘訣究竟是什麼？本文將揭示外太空環境中的各種挑戰，並探討目前的技術如何應對這些挑戰。
生命支持系統的關鍵元素
在外太空中，生命支持系統 (Life Support System, LSS) 是確保宇航員生存的首要因素。這些系統的設計旨在模擬地球上的環境，提供氧氣、水和食物，同時管理人體的廢物。
生命支持系統確保了在惡劣的環境中，宇航員仍能保持正常的生理功能。
人類生理與代謝需求
在外太空中，每位宇航員每天大約需要5公斤的食物、水和氧氣，並產生相似量的廢物。這包括：0.84公斤的氧氣、0.62公斤的食物和3.54公斤的水。隨著任務的進展，這些數字會有所變動，但重要的是要始終保持質量平衡。實際上，在太空任務中的水使用量通常會翻倍，這主要是由於非生物用途，例如淋浴。
外太空的大氣環境
為了讓宇航員能夠安全生存，太空船需要維持至少包含氧氣、水蒸氣和二氧化碳的大氣。過高的氧氣濃度會帶來中毒風險，因此目前大多數載人太空船使用氮/氧的常規空氣混合物，而在太空行走時則使用純氧。
氧氣濃度過高可能造成火災風險，這是設計生命支持系統時必須考慮的關鍵因素。
水的回收與再利用
水是生命支持系統中至關重要的一環，宇航員需要水來飲用、清潔以及在太空行走時使用。由於在外太空無法找到水源，因此所有的水都必須高效存儲、使用和回收。
食物的供應與種植
目前所有的太空任務都依賴提供食物，然而，未來的生命支持系統可以包括植物栽培系統，讓宇航員能夠在太空中種植自己的食物。這不僅能更新水和氧氣，同時也能減少對地球供應的依賴。
植物栽培系統不僅能供應食物，還能回收資源，形成一個閉路循環。
重力及其影響
在長期的太空任務中，宇航員需要面對重力缺失所帶來的影響，例如骨質流失和肌肉減少。因此，設計人工重力的方式成為了解決方案之一，其中包括線性加速度和旋轉方法。
太空船的生命支持系統
不同的太空任務有不同的生命支持系統。早期的美國水星、雙子和阿波羅任務使用了100%氧氣的氣氛，而航天飛機則使用22%的氧氣和78%的氮氣，這是為了減少火災風險和提供更舒適的環境。
空間站的技術發展
隨著太空任務的持續發展，空間站技術也在不斷演進，配備了能夠讓宇航員在外太空長期生存的過濾系統和廢物處理系統。這些技術不僅能確保宇航員的基本需要，還包括健康檢測和環境控制的系統。
太空站的生命支持系統為宇航員提供持續的生活環境，並提升了長期任務的可行性。
未來展望：自然系統與實驗
進一步的探索表明，封閉生態系統如生物圈2號的自然生命支持系統，可能為太空殖民提供可行的方案。這些系統利用太陽能，並能在物流支持上保持獨立，從而提高整體的效率和持續性。
結語
隨著科學技術的進步，人類在太空生存的能力也在不斷提高。然而，面對未知的挑戰，我們還需尋找更多有效的解決方案，以確保能夠在太空中生存更長時間。未來，是否有可能在外太空建立起一個自給自足的生命循環系統呢？
