第 3.9 节 - 回收方法
地球以外的大多数地方都没有自动回收废物，而太空项目将拥有有限数量的材料，这些材料已经过加工，超出了原材料状态。我们将回收定义为应用能量和工艺将材料从无用状态转换回有用状态。它与从原材料生产共享一些技术，除了使用以前已经过加工且未处于其原始状态的材料。事实上，一些回收方法将涉及将废物产品送回生产过程。
回收的目标是实现闭合，其中所有废物产品都被转换回有用状态，唯一的外部输入是能量。我们预计这将是一个理论上的限制，类似于电力变压器和电机中的转换效率。这些设备可以达到 98% 的效率，但不能达到 100%。同样，实际回收预计将达到很高的百分比，但不能达到 100%。在您的闭合百分比 CL% 接近 100 的程度上，所需的新原材料数量减少到没有回收的开放系统的 100-CL%。因此，较高的闭合百分比可以对对新原材料加工或从其他地方带来的替换物品的需求产生重大影响。
有些物品由于其性质而无法回收利用。一个突出的例子是由推进方法将反应质量排放到重力井之外。为了获得推力，您故意将该质量扔掉，而在重力井之外，没有实用的方法可以回收它以再次使用。在重力井内，例如使用化学火箭从地球发射，所有反应质量都是亚轨道 - 范围从大约 -1/2 轨道速度到 +1/2 轨道速度，具体取决于飞行器速度。因此，它最终都会回到地球，可以再次使用。虽然有些反应质量无法回收，但您可以有意选择效率更高的方法，以这种方式损失更少的质量，并使用诸如引力辅助之类的不会损失推进剂质量的方法。
人类是生物有机体，需要某些条件才能继续生存，包括清洁的空气、水和充足的食物。从人类的角度来看，他们还会产生废物产品，例如 CO2、尿液和粪便。在地球上，从人类的角度来看，这些废物是植物和其他生物的必要输入，而太阳能蒸发会在雨的形式下产生清洁的水。自然循环形成闭环。对于太空项目，我们必须用人工系统复制这些闭环的功能，或从外部来源供应空气、水和食物。时间越长，人类数量越多，外部供应质量就越大，因此闭环系统越可取。
除了空气、食物和水等输入之外，人类还需要控制照明、温度、压力、辐射水平和加速度。从化学的角度来看，准备好的食物和粪便很复杂，人类还会产生次要挥发物和脱落的皮肤，而且身体和衣服清洁也是理想的。因此，针对人类的完整生命支持系统很复杂。我们采用系统工程方法将其划分为更简单的子系统，每个子系统执行所需总功能的一部分，然后优化整体系统。除了提供生命支持的直接功能，例如种植植物生产食物，还有一些由满足植物需求引起的间接功能，例如水、照明、重力和 CO2 浓度。下面列出的方法包括满足直接和间接功能。
人类和植物是在 1 g 环境中进化的。没有重力，人类骨骼会退化，有些植物可能无法正常生长。有了重力，水的循环和灰尘沉降会以熟悉的方法运行。如果来自大型卫星或行星的局部重力不足，则可以通过旋转产生人工加速度。
光合作用植物需要足够的光照和正确的波长才能生长，而人类需要足够的光线才能看到和导航。两者都在地球上进化，太阳是主要的照明来源，两者都使用太阳发射功率最大的波长带，称为可见光。不同植物的强度、昼夜循环和波长略有不同，以及人类正确视物所需的光照。在太空中的许多地方都可以轻松获得自然阳光，因此如果可以的话，一定要考虑。人工照明适用于自然阳光不足的情况下，但这通常需要电源才能运行。对于一大片植物而言，这相当于大量的能量，因此即使需要集中能量，通常也优先选择自然光源。
地球上的植物通常生长在土壤中，土壤是由碎石加上微生物、水、养分和有机物组成的。水培法省去了惰性岩石成分，这可以为太空项目节省质量。但是，如果需要辐射屏蔽，则惰性岩石成分可以发挥双重功能。虽然成熟的土壤只在地球上已知，但在太空中有许多小岩石颗粒、水和碳的来源，这些来源构成了土壤质量的很大一部分。
人类的食物需求可以用总能量来衡量，通常用食物卡路里来衡量，食物卡路里相当于 4184 焦耳的可用能量。这些需求还通过各种特定养分以特定数量来衡量。在给定情况下，供应所有低质量的养分可能效率不高，而供应主要的养分。闭环系统中未获得的任何养分都必须从外部补充，或者在短时间内根本不供应。人类需求可以转换为每人特定的种植面积，使用农业生产力的已知数据。这些数据可以通过太空系统的设计进行修改。例如，如果植物每天需要 12 小时的阳光照射，那么您可以通过使用每 12 小时交换一次的托盘并在照明托盘下方存放另一个托盘来在同一区域种植两倍的植物。