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当然，产生氧气只是第一步。我们吸入氧气，但呼出二氧化碳（CO2 ）。潜艇必须在空气中的二氧化碳含量上升到有毒水平之前将其清除。由于没有植物可以自然吸收二氧化碳，只能用一台机器让气体通过单乙醇胺（一种分子式为HOCH2 CH2 NH2 的有机化合物）水溶液，“去除”空气中的二氧化碳（顺便说一句，不要陷到化学里，但要注意分子式里的N，N代表氮。美国海军表示，核潜艇上的空气比你在陆地上呼吸到的空气更干净，但这只说对了一半。没错，那里的氧气相当纯。但是任何一位经验丰富的潜艇人员都会告诉你，潜艇上弥漫着有机胺一样的恶臭。这是在滤除二氧化碳的过程中由氮生成的东西）。另外，我们还会呼出水蒸气，必须在封闭系统里用除湿器将其去除。而机器们也在呼气。炉灶会产生少量的一氧化碳（CO），即使微量的一氧化碳也是有毒的。而电池会释放氢气。这两种气体都需要过滤、收集并燃烧掉。
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NASA曾经花了好几年时间模仿美国海军设计的空气回收模块，并将该技术发展到了一个新高度，现在是美国海军回过头来请NASA帮助他们改善潜艇的空气质量，主要是实验各种去除二氧化碳的方法。[27] 植物可以帮助吸收二氧化碳，产生氧气。但在潜艇或太空栖息地这样的封闭系统中，每人需要 几百株植物才能复制这种自然循环。而且在室内种植植物需要电力照明，因此还是电解水更可靠，所需能量更少。植物最多作为机械空气交换的补充，减少点气味，增加点氧气。
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潜艇上的饮用水也来自海水，通过高能耗海水淡化过程获得。当潜艇从水面潜至半英里深的巡航深度时，也需要能量来保持1个大气压的恒定气压。这种压力调节在某种程度上与飞机和太空所需要的压力调节正好相反，太空天体上的压力很小或没有压力。以海平面为例，地球大气层的全部重量都压在我们身上，压力约为15磅力/英寸2 （PSi）。我们把这个量称作1个大气压，这样用起来很方便。在珠穆朗玛峰的顶部，气压只有5磅力/英寸2 ，即1/3个大气压，因为压在你身上的空气变少了。
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火星上的气压大约为0.09磅力/英寸2 ，因为那里几乎没有空气；在月球上，气压基本上为0。但是你一旦到了水下，水和空气的压力都压在了你身上。水深每增加10米，压力就增加1个大气压。所以，在半英里或800米深的地方，压力高达80个大气压。出了潜艇的安全范围，你会立刻被碾碎。潜艇由双壳系统保持恒定压力，包括外部防水船体和内部耐压船体，全部用坚韧的钢或钛制成。人们用一个可保持各种空气量或水量的先进压载系统来防止船体被压缩变形。
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核潜艇很先进，同时也是危险的野兽。危险不仅潜伏在寒冷黑暗的海洋深处，也潜伏在潜艇内部。毕竟，大多数 核潜艇是武装到牙齿的战争机器。火很容易引发爆炸，把潜艇炸开。2000年8月12日，一艘叫“库尔斯克号”（Kursk）的俄罗斯潜艇就遭遇了这样的悲剧：过氧化氢泄漏引发了一系列的弹头爆炸，随后煤油被点燃，引起的大火将潜艇撕裂。118名艇员中的大多数在最初的爆炸中就已丧生，还有23名艇员显然在潜艇的另一端存活了几小时，直到又一次爆炸耗尽了剩余的所有氧气，使他们窒息而死。
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航天机构从潜艇人员的生存和死亡中吸取了经验教训。俄罗斯政府对“库尔斯克号”灾难的调查报告，几年后发表在俄罗斯官方日报《俄罗斯报》（Rossiyskaya Gazeta ）上，披露了“各级指挥部门令人震惊的疏忽、违纪行为，以及劣质、陈旧并且维护不善的设备”[28] 。也就是说，这次事故完全可以避免。在这方面，NASA对ISS工作场所的安全采取了军事化的管理方式，即每天要进行超过一小时的例行安全检查。在“库尔斯克号”事故发生后不久，即从2002年起，NASA正式与美国海军合作，开展NASA/海军标准化交流，其中包括来自NASA安全与任务保证办公室（Office of Safety and Mission Assurance，OSMA）以及海军07Q潜艇安全与质量保证处（07Q Submarine Safety and Quality Assurance Division，SUBSAFE）的高级代表。该小组确定了NASA从SUBSAFE的成功经验中获益的多个项目。[29] 如果致命事故可以发生在地球上，可以发生在海底，那么它也可以发生在太空。
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航天机构对潜艇上的生活安排也非常感兴趣，因为太空生活，至少在早期，也是十分拥挤闭塞的，也有可能造成心理焦虑。潜艇的保密性要求更高，他们称其为“沉默舰队”。核潜艇要对全球范围的监视网隐身，因此艇员不能给家里打电话，也不能像ISS上的宇航员那样与亲人或好奇的学童视频聊天。在执行任务的第一天，当你走进其中一艘潜艇，听到身后的舱门关闭，一种幽闭恐惧症的感觉可能会瞬间袭来。美国海军的“宾夕法尼亚号”可能是世界上最大的核潜艇，长170米（大约两个足球场的长度），但宽度只有13米，龙骨深度12米。那里没有窗户，只有朦胧的人工照明引导你穿过迷宫般的狭窄通道，从地板到天花板布满似乎永无尽头的金属配件、管道和电线——非常原始，就像一个未完工的建筑项目。几乎所有东西都是灰色的，像是专为压力训练而设。机器间里发出持续不断的嗡嗡声，润滑油和柴油的气味与无处不在的胺的气味混合在一起，形成了独特的“苏马林水下香水”（eau de sous-marin）。净空低，不到6英尺——最好不要太高。日复一日都是同样的面孔。睡觉的床铺是三层的，9个人住在一间比牢房还小的房间里。没有太阳来指引你的生物钟，你可能要等上90天才能再次见到阳光。
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正如在南极洲所见，用餐可以提升士气。美国潜艇艇员声称，到目前为止，他们的餐食是美国海军中最好的。除此之外，美妙单调乏味的日常工作，以及对“库尔斯克号”悲剧的记忆，让艇员们保持了继续工作下去的动力：向站点报告，检查机器，进行维护、清洁，从床上跳起来完成突击演习，训练，体能锻炼，从床上跳起来完成另一次突击演习，吃饭，睡觉，不断重复。新手要取得大量任职资格才能成为一名潜艇专业人员，才能“赢得海豚勋章”。海豚勋章是一种制服胸针，是三大主要服役作战勋章中的一种。赢得海豚勋章在 美国海军可是一件大事。让潜艇艇员保持头脑清醒的还有一个因素是他们强烈的使命感，即控制一部能够发动核打击、行动隐秘的战争机器所产生的令人敬畏的责任感。
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潜艇艇员经常哀叹他们没有窗户。要安装承受巨大压力的窗户实在太难了，而且起不了什么作用，因为1000米以下的海洋中根本没有光。但他们的抱怨成为ISS安装窗户的主要原因，这对宇航员来说主要是一种慰藉。
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美国海军研究了潜艇艇员的心理健康状况，发现拥挤的环境会导致睡眠不良、易怒、抑郁。这并不令人意外。创造一种空间更大的假象，拥有更整洁的娱乐场所，比如食堂和卧铺，可以提高幸福感。[30] 对潜艇艇员来说，一次出海的时间很少超过3个月。拥挤的火星之旅预计将持续9个月，然后要在狭窄的栖息地度过两年，再然后是拥挤的长达9个月的回家之旅。乘员小组会出现什么样的状况？NASA与美国海军在康涅狄格州格罗顿的潜艇基地启动了一个项目，试图找出答案，详见下文。[31]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 [:1700036947]
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太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 显微镜下的生活
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幽居症。监狱狂人。人类越是封闭和孤立，就越容易出现行为问题或精神障碍。据说，阿根廷南极洲布朗海军上将站（Almirante Brown）的一名医生在1984年为了避免在那里再过一个冬天，一把火烧了科考站，差点置自己和同伴于死地。[32] 在去往火星的长途旅行中，这种情况会如何演变呢？你肯定能想到《阿波罗13号》（Apollo 13 ）与《闪灵》（The Shining ）中的噩梦场景。这种恐惧是真实存在的，而且有的人认为，这是我们探索太阳系深处的一个致命障碍，因为这个问题在太空中可能会加剧。太空中缺少重力会影响睡眠，会让宇航员更加暴躁。在任何一个“夜晚”，宇航员的踏实睡眠通常都不会超过6小时。美国和俄罗斯的航天机构都注意到，ISS和“和平号”空间站（Space Station Mir）上的宇航员有明显的幽居症症状。已经有宇航员“心理封闭”的案例记录了。在这些案例中，病人有选择地与一两个任务控制人员互动，而不理睬其他人，就好像他们是敌人一样。[33] 关于俄罗斯人在“和平号”和“礼炮号”（Salyut）任务期间发生的传言很难证实，但其中的奇闻逸事包括：宇航员故意一连数日关闭无线电通信，令人不安地梦见自己牙痛或得了阑尾炎，在不是完全安全的情况下冲动地冲出空间站。[34] 据报道，宇航员瓦连京·维塔利耶维奇·列别杰夫（Valentin Vitalyevich Lebedev）和阿纳托利·别列佐沃弗（Anatoly Berezovoy）在其“礼炮号”飞船211天的飞行中，大部分时间都在沉默中度过，因为他们都无法忍受对方。[35]
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为了解宇航员在此类航行中及随后遥远世界的营地中如何互动，并就此做出相应的改进，NASA创造了被称为模拟物的人工环境，以模拟预期的旅程。简而言之，研究人员像研究笼子里的实验动物一样研究志愿者。其中一个这样的“笼子”被称为人类探索研究模拟项目（Human Exploration Research Analog，HERA，赫拉），一个大约两居室公寓大小的太空舱，位于休斯敦约翰逊航天中心（Johnson Space Center，JSC）的一个普通仓库里。4名志愿者大部分互不相识，每次在“赫拉”栖息地/飞船上居住和工作45天，有时 更长。他们不能离开，除非要完成一次“太空行走”，那里甚至还有一个气闸。在志愿者执行“任务”时，NASA的研究人员收集他们的视频和音频记录，有时还会把磁带送到位于格罗顿的海军潜艇实验室，利用海军跟踪潜艇艇员行为的专业知识来分析志愿者的行为。
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NASA的人类探索研究模拟项目（HERA）
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“赫拉”位于得克萨斯州休斯敦的约翰逊航天中心的一个仓库里，由一个中央核心实验室舱段及一个与之相连的用作生活区的第二层和第三层组成。付费参与者每次在这个单元里住上几个月，模拟火星或小行星之旅。
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听起来有点像电视真人秀。具有讽刺意味的是，这类真人秀电视节目并不真实，而“赫拉”实验却是精心设计的，以便在休斯敦尽可能逼真地模拟真实的火星之旅。任何有“戏剧成分”的潜在参与者都会被果断拒绝，决不会因其 娱乐价值而被选中。潜在参与者从普通人中选拔；但是像所有宇航员一样，他们必须是健康的；要有一个好的身体，体质指数要小于29，理想身高低于74英寸；视力要能矫正到20/20[36] ，而且没有梦游史；必须拥有工程学、生物科学、物理科学或数学方面的至少一个硕士学位。有了这些基本资质，你就可以登记，申请在“赫拉”里待上45天，以每小时10美元的酬劳昼夜不停地做一些普通的工作，比如虚拟维护检查、假装太空行走，甚至驾驶静止不动的“赫拉飞船”。你在固定自行车上锻炼，吃冻干食物，有时每晚只睡5小时，只允许给家人和朋友打简短的、计划好的、有延迟的电话。NASA有时也会制造一些紧急情况，让你在紧急情况下驾驶一两次飞船。一个不错的工作，收入比最低工资高一点点。
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NASA每年都要实施几次“赫拉”实验。他们可能会模拟在小行星上着陆，也有可能模拟一次火星之旅。工程、医疗和团队任务将模拟真实任务中可能发生的情况。我们已经从“赫拉”项目学到了很多东西。例如，NASA的研究人员已经找到通过全天调节灯光来改善睡眠和行为表现的方法。并通过改进栖息地的设计——即同样的空间、不同的布局——减少幽闭恐惧症的感觉。
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“赫拉”只是NASA及其国际合作伙伴的十几个模拟项目中的一个，其中每个项目模拟太空生活的某一个方面。还有NASA极端环境任务行动（NASA Extreme Environment Mission Operations，NEEMO），该项目的“水下作业员”要在佛罗里达海岸附近的水下生活、工作一个月，模拟其他行星及其卫星上的低重力环境。他们穿着特殊的衣服在水下行走，收集土壤样本，测试工具和其他设备，然后返回他们的水下基地“宝瓶号”（Aquarius）。“宝瓶号”与ISS生活区的大小差不多，放置在水下60英尺的地方。由欧洲航天局（European Space Agency，ESA）领导的南极康科迪亚站（Concordia），是世界上最为偏远的基地，就距离来说比ISS还要远。康科迪亚站主持了一些项目，测试在6个月的冬季不可能撤离的情况下，在寒冷的隔绝环境中工作的效果。NASA主导的称作VaPER的卧床休息研究，让志愿者花30天时间躺在头向下倾斜6度的床上，并且呼吸含有0.5%二氧化碳的空气（该二氧化碳含量是常规空气的10倍），模拟高二氧化碳环境及超流体压力对眼睛和视神经的影响。这些正是宇航员在太空驻地所要经历的东西。这些都是志愿者和研究人员必须忍受的极端情况，撤走地球上环绕我们的舒适感。
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由NASA资助的另一个模拟项目HI-SEAS也值得一提。HI-SEAS一词从夏威夷太空探索模拟与仿真（Hawaii Space Exploration Analog and Simulation）缩写而来。这是打了类固醇的“赫拉”升级版，专注于火星生活。HI-SEAS栖息地位于夏威夷岛莫纳罗亚火山上贫瘠、干旱、高海拔、类似于火星的地方。那里可不是什么天堂。基地紧邻一串曾喷发过火山灰和熔岩的火山锥。悬崖上几乎没有植被，也没有任何生命迹象。由破碎玄武岩构成的富铁土壤，在质地和生锈的颜色上都很像火星。事实上，NASA还出口同一山坡上采集的粉碎的熔岩，用于测试在类火星条件下机动车的机动情况和蔬菜种植情况。NASA的天体生物学家克里斯托弗·麦凯（Christopher McKay）指出，莫纳罗亚火山的确是一处与火星条件很相像的地方。
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HI-SEAS穹顶单元大约有13000立方英尺（370立方米）的居住空间，大致相当于24英尺×24英尺×24英尺的体积，由一层和阁楼组成，两层的可用面积加起来约1200平方英尺。不是很宽敞。在穹顶内生活和工作的6名任务成员（有男有女）模拟在火星上执行任务。他们每天穿着笨重的加压服外出采集样本，进行科学实验，就像在火星上一样；他们要照料太阳能电池板；每天大部分时间在室内做实验；很少吃到开胃食物；等等。每名任务成员在阁楼层配有一个小小的私人睡眠区。他们共享一个公共区域，有厨房、厕所、淋浴、锻炼区、实验室、模拟气闸，还有一个类似于玄关的地方。[37] 与外界的任何通信都要延迟20分钟，以模拟在地球和火星之间发送无线电波往返所需的平均时间。与“赫拉”一样，NASA希望从压力管理、问题处理和士气方面了解任务成员的动态。
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NASA与康奈尔大学、夏威夷大学马诺阿分校合作，已经实施了多项HI-SEAS任务。第一项任务HI-SEAS 1号于2013年启动，由6名成员组成。他们被隔离了4个月，主要进行食物准备。具体来说，他们对预先包装好的“即食”食品与任务成员利用耐储存、大包装原料制作的食品进行了比较。按照NASA人类研究计划路线图（Human Research Program Roadmap）的定义，这是为了解决所谓的认知差距。然而，一些国会议员认为这个项目是在浪费钱。为什么要把他们关在夏威夷的山顶上进行品尝味道的实验呢？他们问道。谁也给不出一个很好的答案，但根据HI-SEAS 1号任务成员——指挥官安吉洛·韦尔默朗（Angelo Vermeulen）的反馈，我们确实知道一种叫作“功夫鸡”的食品是最不受欢迎的预制食品。[38]