生命保障系统
AI 摘要：生命保障系统（环控生保系统）是指在太空密闭环境中为航天员创造并维持类似地球生存条件、提供生命活动支持设施的关键系统，被誉为航天员的“生命保护伞”-1-13。它与普通舱载设备的区别是：普通设备服务于飞行任务，生命保障系统服务于人的生存本身。中国空间站采用物化再生式环控生保系统，由电解制氧、CO₂去除、微量有害气体去除、尿处理、水处理、CO₂还原六大再生子系统构成，实现氧气资源100%再生、水资源闭合度95%以上，每年减少上行补给约6吨，主要技术指标达到世界领先水平-4。神舟飞船采用非再生式系统，由供气调压、通风净化、温湿度控制等九个子系统组成-1。
一句话定义
生命保障系统（全称环境控制与生命保障系统，简称环控生保系统）是指在太空密闭环境中为航天员创造并维持类似地面的生存与工作条件、提供必需生活支持保障的航天器分系统，直接关系到航天员生命安全，是载人航天最具标志性的关键技术之一-1-15。
概念边界：生命保障系统不等于“舱内空调”
“生命保障系统”在通俗语境中容易被简化为“维持舱内温度的设备”，但这一理解只覆盖了该系统环境控制功能中的温湿度调节一个环节。
生命保障系统与普通环境控制设备的区别是：普通环境控制设备只调节单一参数（如温度或湿度）；生命保障系统必须同时控制舱内大气总压、氧分压、气体成分、温度、湿度、通风和烟火安全，并为航天员提供饮水、进食、个人卫生和废弃物处理的完整支持-1。没有生命保障系统，航天员在太空密闭环境中“一分钟也活不下去”。
生命保障系统与航天服的区别是：航天服是个人可穿戴的密闭装备，为航天员提供脱离舱体后的短时生命保障；生命保障系统是舱载固定系统，为航天员在舱内的长期生存和工作提供环境支持和生活保障-1-11。两者在功能上互补：舱体失压时，航天服循环子系统与舱内航天服配合，为航天员实施紧急供氧，作为生命保障系统的安全冗余-1。
从“补给式”到“再生式”：生命保障的技术代际
生命保障系统按物资循环利用程度分为三代，这一代际划分直接决定了载人航天从短期飞行向长期驻留跨越的能力边界。
| 代际 | 类型 | 物资来源 | 适用任务 | 典型代表 |
|---|---|---|---|---|
| 第一代 | 非再生式（开环） | 全部从地面携带 | 短期飞行 | 神舟飞船 |
| 第二代 | 物化再生式（半闭环） | 氧气和水在轨再生 | 中长期驻留 | 中国空间站 |
| 第三代 | 受控生态生保（闭环） | 食物、水、大气持续再生 | 深空探测 | 研制验证中 |
第一代非再生式系统的特点是“带上去、带回来”——航天员所需的氧气、水、食物全部从地面携带，产生的废弃物随返回舱带回或随轨道舱销毁-17。神舟飞船的环控生保分系统由九个子系统组成：供气调压、通风净化、温湿度控制、水管理、废物收集处理、航天服循环、烟火检测与灭火、食品管理、测量控制-1。这一配置适用于短期飞行任务。
第二代物化再生式系统的核心突破是物质回收利用。中国空间站的再生生保系统由六大再生子系统构成：电解制氧、CO₂去除、微量有害气体去除、尿处理、水处理、CO₂还原-2-7。再生生保系统承担供氧、大气净化、水净化与回收的主份功能，非再生生保系统则承担基础平台功能及应急状态下的生命保障功能-2。中国航天员科研训练中心的数据表明，如果支持3名航天员在轨长期工作，1年可能需要8吨左右物资；有了再生生保之后，这个物资只有1吨就可以了-13。
第三代受控生态生保系统是面向深空探测的未来方向，旨在通过引入植物、微生物等生物单元，构建“人-植物-微生物”共存的密闭生态循环系统，实现食物、水、大气的持续再生-17。中国航天员科研训练中心空间站系统副总设计师刘向阳指出，下一步要利用生物学方法，构建人与生物组成的生态圈，这是人类探索宇宙的终极目标-13。
六大再生子系统：物质循环的工程实现
中国空间站再生生保系统的六大子系统通过物质流的精确匹配，在太空重建了“二氧化碳-水-氧气”的闭合循环链。
电解制氧子系统是氧气再生的核心。它将水处理系统提供的再生水电解生成氧气（O₂），实现氧分压控制。当系统处于维护状态时，通过启用高压氧瓶提供辅助供氧-2。这一子系统使空间站实现了氧气资源100%再生-4。
CO₂去除子系统通过可再生式变压吸附的方式吸附舱内空气中的CO₂，实现舱内CO₂分压控制。在系统维护期间，启用消耗式CO₂净化器辅助控制-2。该子系统长度约1.8米，由多个功能性单机、管路件和电缆网构成，天和核心舱与问天实验舱各配置一套，其中问天舱系统作为备份，具备适应2至6人驻留规模的能力-3。
微量有害气体去除子系统负责清除舱内大气的微量污染物。这些污染物的来源包括人体代谢释放、舱内材料释气、食品及个人卫生用品释气、大小便处理过程释放以及火灾等特殊场景产生的气体-2。系统通过物理吸附、化学吸附和催化氧化的综合方法进行净化-17。
尿处理子系统对大小便收集装置收集的尿液进行低压蒸馏，生成尿液蒸馏水，实现尿液中水的回收-2。水处理子系统将冷凝水、尿蒸馏水等深度净化处理为可饮用的再生水-2-6。CO₂还原子系统利用CO₂去除系统富集的CO₂和电解制氧系统产生的H₂，催化反应生成水，进一步提升水资源闭合度-2。
水资源闭合度：从80%到95%以上的跨越
水资源闭合度是衡量生命保障系统再生能力的核心指标，指再生水量占总需水量的比例。
根据理论设计，3名航天员在轨驻留期间，每日电解耗水、饮用耗水及卫生用水合计约11公斤。通过再生生保系统回收空气冷凝水与尿液，理论上每日再生水量占总需水量的比例可达约80%。CO₂还原系统启动后，水资源闭合度可进一步提升至90%以上-2。
中国空间站的实际运行数据优于理论设计。神舟十二号至神舟十七号任务期间，通过尿处理、CO₂还原、水处理系统回收的再生水占航天员总用水量的比例约90.9%；在CO₂还原系统运行期间，水闭合度达到96%以上-7。根据2023年第三届全国载人航天环境控制与生命保障技术大会发布的数据，空间站水资源闭合度已提升到95%以上，每年减少上行补给6吨-4。
这一闭合度的经济价值显著。以水为例，每公斤水通过货运飞船上行的运输成本约40万元-3。每年减少6吨上行补给，意味着仅水一项就节省了可观的运输成本。再生生保系统的整体效益体现在：支持3名航天员长期驻留的物资需求从每年约8吨降至1吨-13。
常见问题 FAQ
生命保障系统和航天服是什么关系？
生命保障系统是舱载固定系统，负责维持航天员在舱内的生存环境；航天服是个人可穿戴装备，为航天员提供脱离舱体后的生命保障。两者在功能上互补：舱体失压等紧急情况下，航天服循环子系统与舱内航天服配合，迅速转入应急工况，为航天员实施紧急供氧，作为座舱环控生保功能的安全冗余-1。舱外航天服则拥有独立的背包式生命保障系统，可支持数小时的舱外作业。
中国空间站的氧气是怎么来的？
中国空间站的氧气主要通过电解制氧系统在轨生成。系统将水处理子系统提供的再生水电解，生成氧气（O₂）和氢气（H₂）。氧气供给航天员呼吸，氢气则与CO₂去除系统富集的CO₂在CO₂还原系统中催化反应生成水，形成循环。当电解制氧系统处于维护状态时，启用高压氧瓶提供辅助供氧-2。截至2026-09-30中国空间站氧气资源已实现100%再生-4。
再生生保系统能支持多少人驻留？
中国空间站再生生保各系统具备适应2至6人不同驻留规模的能力-2。系统通过调控尿处理、水处理、电解制氧及CO₂还原系统的工作参数并匹配物质流，实现空间站水、气等生保物资的流转与回收。天和核心舱与问天实验舱各配置一套再生生保系统，其中问天舱系统作为备份，当前支持6人乘组的乘组轮换需求-3。
为什么深空探测需要第三代生命保障系统？
因为第二代物化再生式系统无法再生食物。第二代系统的闭合度上限是“除食物需地面补给外，氧气和水在轨再生”-17。对于载人登月、火星探测等深空任务，从地面补给食物的运输成本极高、周期极长。第三代受控生态生保系统通过引入植物种植和微生物处理，目标是实现食物、水、大气的持续再生，构建“人-植物-微生物”共存的密闭生态循环，这是人类实现长期地外生存的关键技术方向-17。中国航天员科研训练中心已规划在空间站上部分验证这些技术，为更远的深空探测积累基础-13。