地球正在变暖，海洋正在酸化，亚马逊正在燃烧殆尽，塑料正在北极飘落。专家表示，人类对环境的破坏如此严重，以至于全球规模的生态灾难已经开始。即使是那些持乐观态度的人也很难否认，我们目前的全球足迹与其说是轻轻一触，不如说更像是靴子踩在地球的脸上。在这样黯淡的背景下，人们可能会问，花费巨资将人类送往其他世界是愚蠢的分心，还是对地球生命走向衰落的一种愤世嫉俗的对冲。
然而，太空飞行有可能不仅仅是古怪亿万富翁的行星逃生舱。无论是在今天环绕地球的宇宙飞船中，还是在未来某天可能在月球和火星上建造的前哨站中，为了在地球之外生存，我们都必须在地球外复制我们星球上所有维持生命的基本要素。几乎可以回收一切的技术——使水、空气和食物尽可能地可再生和自给自足的技术——对于当前和未来的人类太空飞行至关重要。
再说，我们已经知道我们是如何危害地球的，以及需要为此做些什么。“我们几乎拥有了现在和未来可持续生活所需的所有工具，”哥伦比亚大学和NASA的气候科学家凯特·漫威说。“我们未能解决气候变化问题，不仅仅是因为我们对太空感兴趣。” 同样，仅靠太空飞行无法拯救地球，但这并不意味着它仅仅助长了幼稚的梦想，即抛弃我们的星球。
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罐头农业
宇航员需要技术创新才能在太空中生存，但在过去，这些解决方案在某种程度上是临时的——想想NASA载人阿波罗登月任务，其持续时间最长只有12天多一点。变革正在进行中：特朗普政府现在希望到2024年将宇航员送上月球。卢克·罗伯森是NASA肯尼迪航天中心飞行研究高级首席研究员，他说该机构正在最早于2028年在月球表面寻求可持续的建筑——这种建筑需要技术来提供长期、可再生的食物、空气和水储备。
其中一些技术可能不会留在太空。毕竟，许多由太空机构资助或设计的发明已被转移到商业领域。这些包括几个以生态为重点的项目，包括一个制造可持续石油的项目，以及另一个使用LED颜色组合或“光配方”来触发不同风格的作物生长的项目。
在太空中种植作物绝非易事。但是，NASA植物科学家乔亚·马萨说，诸如专用照明和先进传感器等技术在国际空间站（ISS）上至关重要，那里的蔬菜系统等实验展示了节能型食品生产。该系统使用LED进行植物生长的概念是20世纪80年代NASA资助的研究提出的。马萨说，这项技术现在为室内农业节省了大量能源。
NASA还与弗罗里坎公司合作，该公司开发了一种肥料，其聚合物涂层可以控制营养物质的缓慢释放。它旨在减少肥料径流进入环境，这可能会导致生态灾难。马萨说，这种肥料正在太空中使用，并且已经证明了其在国际空间站上增强植物生长的能力。这些产品经过调整以继续在太空中使用，也正在向商业温室所有者销售。
NASA的技术转移工作负责人丹尼尔·洛克尼说，一些环保创新源于NASA仅仅是试图对环境负责。在地球上建造航天设备是一项肮脏的业务，燃料、油漆、溶剂和其他有毒物质可能会渗入自然环境。这就是为什么NASA开发了乳化零价铁（EZVI）的原因，这是一种附着在地下水中氯化溶剂上的材料。当用强效化学品擦洗肮脏的发射台时，EZVI有助于事后清理它们。除了发射台之外，这种化合物已在全国各地的化工厂和严重污染的超级基金场地中得到常规使用。
对于太空旅行者和地面居民来说，饮用水的供应也至关重要。而水污染恰好是每年数百万人死亡的原因之一，因此任何有助于消除这场悲剧的技术都将受到欢迎。
洛克尼指出了微生物止回阀，这是一个关于NASA如何缓解这个问题的有力例子。最初为该机构的航天飞机舰队开发的系统，现在更先进的版本可以被动地阻止废水中的有害微生物游回国际空间站上的饮用水水库。其他版本正在地球上工作，在脏水和无电力供应的地区以及牙科诊所中使用最少的能源保持水清洁。（还记得牙科检查后在嘴里漱口的液体吗？这种水通常由相同的阀门净化，以最大限度地降低口腔感染的风险。）
罗伯森和NASA的博士后研究员梅兰妮·皮克特都在研究用于太空飞行的净水系统，包括国际空间站上的净水系统。那里的废水通常用化学混合物分解。“但这种化学方法是不可持续的，”罗伯森说，因为它需要通过地球的补给任务定期补充。他和皮克特现在正在设计利用植物和微生物更可持续地回收废物的系统，这些方法最终可能有助于重新设计地球上的厕所和化粪池。
正如水的情况一样，在太空中使可呼吸的空气成为无限资源也绝非易事。在国际空间站上，氧气传统上是从必须从地球带来的水中提取的，这既昂贵又浪费。截至2018年，欧洲航天局（ESA）正在通过其新的先进闭环系统改变这种现状，该系统可以清除空间站环境中的二氧化碳，并在此过程中吸出氧气，以补充可呼吸空气的供应，同时节约用水。
虽然规模更大，操作要求也略有不同，但地球上可能需要碳捕获系统，作为减缓气候变化步伐的更大组合的一部分。为在轨道上使用而开发的技术可能为在我们的星球上做同样的事情提供参考。
意外的衍生技术
不浪费任何东西是许多这些创新技术的 underlying principle。马萨说，在太空中，废物必须被视为一种资源，而不是无意识地丢弃的东西。这是所谓闭环系统的一部分：如果这样一个系统是完美的，其所有组件都会被回收，并且没有任何东西作为废物从系统中排出。想想密封的生态瓶，其中微型植物生态系统无需外界干预即可自行茁壮成长数十年。
微型生态生命支持系统替代方案（MELiSSA）项目强烈遵守这一理想。这个由ESA主导的项目以巴塞罗那一个不断调整的“试验工厂”测试设施为特色，目标是创建一个自我维持、生物驱动的闭环生命支持系统。
该试验工厂的隔间试图降解废物并利用光合作用清洁空气、提供氧气和生产食物，它使用一群老鼠作为宇航员的替身，以了解该系统在维持机组人员数月之久的有效性。已经使用了几代老鼠，到目前为止，还没有出现伤亡。一些MELiSSA衍生的实验，例如光合作用驱动的氧气和可食用生物质制造ARTEMISS，正在被送往国际空间站，以了解它们的表现。
该项目始于1989年，旨在到2020年代中期发展成为一个能够维持人类机组人员进行长期星际航行的系统。ESA的MELiSSA负责人克里斯托夫·拉瑟说，与此同时，其衍生技术已经显示出前景。例如，其尿液回收技术最终可以部署在偏远地区和灾难现场，以具有成本效益的方式提供饮用水，并最大限度地减少环境影响，从而无需从远处运送清洁水。
崇高的理想是一回事，但正如以往一样，证明在于实践。并非所有创新想法都可能成为现实，对于那些成为现实的想法，从太空到地球的开发和转移几乎不会在一夜之间发生。罗伯森解释说，他自己的发明平均需要7到10年才能商业化。MELiSSA被认为是50年的努力。
耐心当然是一种美德。“这有一定的偶然性，”洛克尼说。“就像我们知道水是湿的一样，我们知道对这些新任务的投资将产生造福全人类的发明。”
如果说有什么的话，这些创新突显了为什么对基础研发的投资如此值得。“科学真正酷的地方在于，你真的不知道会从中得到什么，”漫威说。毕竟，没有人想到万维网会从导致大型强子对撞机的同一旅程中诞生。
撇开漫长的工程时间和不可预测性不谈，太空飞行已经为消费者带来了一系列有效（即使不是改变游戏规则的）环保副产品。那么，为什么它们仍然如此鲜为人知呢？风险投资集团Space Angels的首席执行官查德·安德森怀疑，这部分归咎于糟糕的营销。
安德森说，来自太空相关研发的技术转移不仅在环保产品方面，而且在更广泛的交通运输、医疗保健和通信领域都引发了重大创新。问题在于，太空机构没有有效地向公众宣传这些成功案例。“太空公司非常不擅长谈论他们在做什么，”安德森说。
安德森说，为应对这种情况而做出的一些努力，具有讽刺意味地体现了首要问题。想想NASA的内部出版物衍生技术，自1976年以来，该航天机构一直使用该出版物来突出成功的技术转移。尽管有这样的历史，安德森说，该杂志仍然是一份非常技术性、相对难以理解的期刊，很少有人真正阅读，更不用说了解了。为了提高公众的参与度和认可度，安德森建议在太空飞行研究及其对我们日常生活的影响之间建立更明确和更个人化的联系。
亲爱的，我把地球缩小了
无论如何，这些生态创新是值得欢迎的，但我们不应该依赖技术解决方案来拯救我们。漫威说，地球已经适合居住，我们不应该渴望住在罐头里。幸运的是，一些研究项目帮助我们了解我们的星球，并提高我们在太空中生存的能力。
以亚利桑那州著名的生物圈2号设施为例。它最初是1990年代一项开创性实验的所在地，该实验将男女锁定在一个与世界其他地方隔绝的栖息地中，以观察他们和内部环境在两年内的发展。（地球被称为“生物圈1号”。）
尽管生物圈2号实验最令人印象深刻的是氧气水平骤降，危及居民并需要外界干预，但它比人们可能回忆起的要成功；它使人们更好地了解了地球的生命支持系统和大量的科学论文。事实上，这正是该项目的最初目的：提高我们对地球各种系统的理解，以便我们可能成为“更好的星球管理者”，该设施现任副主任约翰·亚当斯说，该设施现在由亚利桑那大学拥有和运营。
今天的设施包括几个模型生态系统，从逼真的热带雨林到海洋环境。通过控制这些生态系统中的元素，科学家可以了解真实世界的对应物是如何在隔离状态下运行和受到干扰的。
在同一地点，但不是原始生物圈2号实验的一部分，人们可以找到景观演化观测站（LEO），它由三个巨大的结构组成，这些结构建立在火山玄武岩山坡上，在许多方面，它类似于火星的地形。彼得·特罗什是生物圈2号的科学主任，他解释说，LEO可以用来了解如何将一片毫无生机的景观变成可以维持生物的东西。“通常，物理世界和生物世界在外部缝合在一起，很难将它们拆开，了解其动态并重新缝合在一起，”亚当斯说。像LEO这样的实验允许这种生态解剖。
特罗什说，虽然对理解地球外栖息地具有明显的意义，但这项工作的见解也可能有助于恢复地球上一些退化最严重的生态系统。ESA的探索系统主管丹尼尔·劳里尼说：“在太空和地面活动之间，我们正在努力解决相同的问题。”
然而，理解地球至关重要。“如果我们无法理解[地球的]系统——我们生活在其中、依赖于其中的系统——我们怎么能认为我们将永远能够重建任何可以支持我们的东西？”亚当斯问道。
太空技术当然发挥着关键作用，而且不仅仅是在生命支持系统方面。漫威说，毕竟，卫星使我们能够在过去几十年中以惊人的细节观察地球，这对大气和环境科学家来说是一个改变游戏规则的工具。
但是，如果我们不确保地球仍然是一个适合许多人居住的世界——这是一场我们已经有能力解决的危机——那么瞄准星空又有什么意义呢？我们可能想要在火星上生产氧气供呼吸，在月球上种植沙拉食用，但“地球已经为我们做了所有这些事情”，马萨说。她推测，也许，在太空中生活的艰辛可能会让人们更好地欣赏我们在家理所当然的事情。