摘要： 自从1961年4月12日前苏联航天员加加林乘坐“东方”号载人飞船进入太空以来，载人航天(manned spaceflight)已经42年有余了。其间，载人航天器(manned spacecraft)有了重大发展，而载人航天器乘员舱(crew module)的环境控制与生命保障系统(environment control and life support system；ECLSS)也与时俱进，有了很大改进。
一、载人航天器
能在地球大气层以外的宇宙空间运行的各类飞行器称为航天器(spacecraft)。航天器又可分为无人航天器(如各种人造卫星及太空探测器等)和载人航天器两种。从目前发展情况来看，载人航天器只有三种类型，即载人飞船(manned spaceship)、航天飞机(space shuttle)和太空站(space station)。
1.载人飞船
载人飞船是一种可供一次性使用的往返飞行于地球与太空之间的载人航天器。前苏联以及现在的俄罗斯先后研发了东方号、上升号、联盟号，以及联盟号逐步改型的联盟T号、联盟TM号和最近才投入使用的联盟TMA号飞船。其中东方号飞船是使人类迈出地球门槛的第一个运载工具，开创了载人航天的新纪元。2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机返回时失事后，美国的航天飞机已全部停飞，致使联盟TMA号飞船成了当前从地球到国际太空站(international space station；ISS)之间的唯一交通工具。美国曾使用过的飞船有水星号、双子星座号和阿波罗号。其中阿波罗飞船6次登月成功，12名航天员登上了月球，实现了人类九天揽月的千年宿愿。我国研制的神舟号载人飞船已经成功地进行过4次试验飞行，今年神舟5号飞船将正式进行载人飞行。届时，我国就会成为世界第三个拥有独立发射载人航天器的国家了。
2.航天飞机
航天飞机是一种垂直发射、像飞机那样水平着陆的可供重复使用的载人航天器。美国先后制造了哥伦比亚号(返回时解体)、阿特兰蒂斯号、挑战者号(升空时爆炸焚毁)、发现号和奋进号5架航天飞机；前苏联研制了暴风雪号航天飞机，只进行过两次试验飞行，后来因为前苏联解体等原因而放弃使用。航天飞机虽然技术先进，载荷量大，但是维修经费昂贵，其综合效能不比载人飞船优越多少。
3.太空站
太空站又称航天站、空间站或轨道站(orbital station)。它是一种仅在地球轨道上运行不能作为返回地球使用的载人航天器。前苏联以及后来的俄罗斯曾经研制和使用过了礼炮号太空站以及和平号太空站，其中和平号太空站从1986年2月发射升空，到2001年3月坠落于太平洋，总共在地球轨道上运行了15年多，为空间科学的发展和长期载人航天活动立下了赫赫战绩。美国也曾利用阿波罗计划剩余物资研制了天空实验室(Skylab)，1973年5月发射升空，1979年7月坠落于印度洋，在地球轨道上运行了6年多，进行了大量的科学实验，取得了辉煌的成果。目前正在建设的并且已经逐步投入使用的是国际太空站，主要参加者为美国、俄罗斯、德国、法国、日本、加拿大和意大利等17个国家。我国空间科学专家根据863计划的要求，正在试图建造我国自己的有人照料的太空站(space station tended)，即航天员可以定期地到太空站上生活和工作，以适应我国发展载人航天和开发太空资源的需要。
二、环境控制与生命保障系统(ECLSS)
为了保证航天员的生命安全，载人航天系统必须拥有一套独立完整的救生设施，而无人航天器就无需考虑这个问题。因为载人航天是一项复杂而又艰险的活动，在整个飞行过程中，包括发射、上升、轨道运行，以及返回着陆过程中，都有可能发生紧急情况。万一载人航天器无法恢复到安全工作状态，则必须根据不同的飞行阶段，采用相应的应急救生设备和措施，使航天员得以逃生、逃避和营救。例如，为了解决发射台和低空救生问题，美国水星号和阿波罗号飞船、原苏联的和现在的俄罗斯联盟号飞船都采用了逃逸塔方式救生，我国的神舟号飞船也是采用这种救生方式；美国的双子星座号和前苏联的东方号飞船则采用了弹射座椅救生方式。但是，在正常情况下，航天员的安全、生活和工作，主要依靠载人航天器本身的设施来维持。
载人航天器与无人航天器的最大区别在于前者必须创造适合于人类生活和工作的密闭舱室，采取各种确保航天员安全和健康的防护措施。其中，载人航天器的环境控制与生命保障系统(以下简称环控生保系统)是保障航天员在太空环境里生存、生活和工作的基础措施。
1.环控生保系统的构成和主要功能
环控生保系统是载人航天器的一个关键组成部分。随着载人航天技术的不断发展，环控生保系统也日臻完善，它的主要构成是供气调压分系统、气体净化和污染控制分系统、气体循环和温湿度控制分系统、水供给和管理分系统、食品供给与管理分系统、废物收集与处理分系统，以及航天服分系统。下图是水星号飞船的环控生保系统示意图。

水星号飞船环控生保系统示意图
1.悬浮材料过滤器 2.压力调节器 3.减压阀 4.风机 5.氧气罐 6.有害气体吸收器 7.二氧化碳吸收器 8.过滤器 9.热交换器 10.水蒸气出口 11.水分离器 12.冷却器
环控生保系统的功能可以概括为以下8个方面：
(1)环境控制功能：控制乘员舱内部的大气压力和气体成分；控制舱内的温度、湿度和空气流动速度；补充舱内泄漏的气体和监测大气。
(2)循环和净化功能：利用高压氧储存器(pressure vessel)或超氧化物(如超氧化钾)等对乘员舱供氧；填充稀释性惰性气体(如氮气)；消除(吸收或还原)因人体代谢等排放出的二氧化碳；检测和净化大气中各种污染物。
(3)水处理功能：饮用水和其他生活用水的储存和供应；水的质量保障和监测；废水的回收、净化或处理。
(4)废物处理功能：航天员大小便的收集和处理；生活垃圾的处理。
(5)饮食供应功能：食品的储藏和供应；食品和饮料的调配和加工；进餐方式和餐具供给；饮用水的调配、加温或冷却。
(6)卫生保健功能：提供衣物、用具和睡眠用品；乘员舱的清洁卫生设备与医学监督装置；运动与娱乐设施。
(7)安全与消防功能：各种安全救护、报警和防火设备与措施。
(8)舱内外活动保障功能：根据航天任务要求，要提供以下的装备和设施，主要有舱内与舱外活动航天服(space suit)；过渡舱(air lock)；便携式生保系统(portable life support system；PLSS)；舱外活动机动装置(maneuvering movable unit；MMU)等。
2.环控生保系统的分类
载人航天器在太空的飞行时间有长有短，环控生保系统的工作模式也有所不同，主要从补给品的提供情况来看，可以划分为非再生式、半再生式和再生式三种系统，下面分别加以说明：
(1)非再生式系统：这种环控生保系统又可以称为开放式或补给式系统。这是载人航天以来最为通用的方式，即属于消耗性的原材料全靠载人航天器自身携带，或者由其他航天器运送补给。乘员的代谢产物和生活垃圾不回收再生，而是抛出舱外或封存带回地面。该系统结构简单，适用于短期载人航天使用。现在无论是载人飞船还是航天飞机，由于飞行时间短，都是采用这种非再生式环控生保系统。
(2)半再生式系统：该系统又可以称为部分再生式或物理化学再生式系统。这种环控生保系统能将乘员产生的二氧化碳和废水全部或部分回收处理，生成氧气和纯净水，提供给乘员循环使用，而地面只需补给食品以及部分氧气和饮用水。该系统结构比较复杂，属于第二代环控生保系统，适用于中长期太空飞行(几十天到一年左右)使用，现在太空站上装备的就是这种半再生式的环控生保系统。
(3)再生式系统：又称为密闭生态生保系统或可控生态生保系统。顾名思义，在该系统里，除了人以外，还有动植物生存，犹如一个小自然界。在这个系统里，生物和非生物以闭路形式进行质量交换，不断地为乘员提供氧气、水分和食物，除了阳光以外，基本上无需系统外补给，维持人和动物的生存，建立一种稳定的动态平衡生态环境。这是一种最为复杂的第三代环控生保系统，适用于长期载人太空飞行，例如往返于火星的探险漫游。美国和俄罗斯等国家都在开展各种试验研究，许多关键技术还没获得突破。美国进行的多次生物圈试验，其目的就是要建成这种再生式系统，为火星飞行和飞向其他行星做好准备。
几十年来，载人航天已经有了很大发展，参与载人航天的国家已有30多个，进入太空飞行的人数已经达到413名。我国的神舟5号飞船正在整装待发，我们坚信，中华儿女遨游太空的宿愿一定能够实现。