眾所周知，地球是一個巨大的生態系統，系統中的各個要素往往處于循環往復的動態平衡中，例如水資源的循環。

　水循環示意圖

人類棲息的城市和農村也都是因為處于這樣一個生態系統中，才能獲得足夠的資源。假如脫離地球生態系統，人們將面臨嚴峻的生存問題。

這并不完全是對未來的擔憂，有一些人現在就面臨著這樣的問題——他們就是宇航員，尤其是出于各種原因，需要長時間待在航天器中的宇航員。

由于遠離地球，他們所消耗的食物、氧氣和水，都要從地球運送上去。目前載人航天器還都在地球附近，這還不算太大的難題。但是一旦我們需要走向更遠更廣闊的宇宙空間，在宇宙中停留的時間增加到幾年甚至幾十年，完全從地球補給資源的方法就不太現實了。

　相比浩瀚宇宙，人類太渺小了

例如，6個人的機組，100天旅行將需要準備超過3噸食物和水。這對飛船提出了非常高的載重要求。因此，科學家展開了對人工小型生態系統的研究，目標是使人類可以擺脫對地球的依賴，在空間站建立一個小規模的生態系統。

　長期宇宙航行需要消耗大量食物和水

長期目標是讓這個系統獨立運轉且可持續循環，這樣它就可以再生許多物質。這其實是陸地生態系統的模式重現，它可以進行水、碳元素、氮元素等等所有地球生命所需的物質的循環再生。

表面上看起來，這個系統只是一系列密封的容器由管道連接在一起，但在系統內部，一系列的生物和化學反應正在進行。

　將排泄物和食物殘渣分解為植物“肥料”

將人類的排泄物和食物殘渣倒進容器里，一群細菌會逐步分解這些有機物，然后這些混合物經過過濾膜，固體被濾出，液體被送入另一個隔間。

在這里液體由另一種專門的細菌進行分解。這些廢棄物于是逐漸被轉化為硝酸鹽和礦物鹽，這些物質是蔬菜所需要的基本營養素。

人類排泄物被植物回收，而這些植物則具有較高的營養價值，可以供給團隊日常食用。更好的是，通過蒸騰作用它們可以產生供宇航員飲用的淡水，通過光合作用，它們可以將整個團隊呼出的二氧化碳轉化為氧氣。

科幻畫家想象中的太空植樹

最終的目標是構建起一個獨立、封閉的系統，宇航員可以呼吸、飲食，他們的排泄物將會被回收產生新的氧氣和食物。未來，人們也許只需要攜帶少量的初始資源，就能依靠飛船內部的生態系統維持相對長時間的生存。

　科幻電影所想象的宇宙飛船生態系統

為了精確控制整個循環，科學家們仍有許多工作需要做，廢物類型，細菌的數量，增長速度和溫度，每個參數都必須經過測試，最輕微的問題都可能會導致食物或者氧氣短缺；更危險的是，稍有不慎，還可能產生有毒物質。所以，小型人造生態系統尚處于研究階段，假如實驗結果是樂觀的，人類的太空旅行將會再向前邁進。