12.0 环控系统 complete #

12.1 生命保障与环境控制 Life Support and Environmental Control #

在飞船的所有关键主系统中，生命保障与环境控制（生保与环控）系统是最为重要的。其的每个关键系统元件都设计有多重冗余，从而即便在极不可能发生的多系统失效情况下也能确保最大程度的船员安全性。在正常工作情况下，环控系统的平均故障间隔高达 500工作年以上。即便如此不可能发生的故障真的出现，紧急备份系统也仍能在大多数情况下确保船员生存。

维生系统的主要设施分布在碟部的 6、9 和 13 号甲板，以及轮机舰体的 11、21 和 24 号甲板上。维生主系统由两套互相平行的冗余部分组成，互为热备份。合成人工重力发生器则分布在全舰居住空间内。

每个主要维生系统设施同时也与后备公用物资分配网络相连接，包括最低限度的物资和关键消耗品补给，如可呼吸大气、电源和饮水供应。后备系统设计用于在两套主系统全部完全失效的情况下，提供最低限度的维生和能源支持。

其他应急维生供应还包括分布式后备维生系统、紧急维生避难所区域，以及能够在全舰系统全部失效的情况下继续维持舰内可呼吸大气环境至少 30 分钟的应急供应模块。

12.2 大气系统 Atmospheric System #

进取号的环控系统在全舰居住空间内维持着一个 M 级行星兼容标准的氧氮大气环境。两套完全独立互为冗余的主份大气送风空调 系统将温度和湿度控制适宜的大气送到全舰内部，同时还有一套完全分离的后备系统，以及另一套紧急系统，提供附加的冗余措施。

主系统使用的大气处理单元以平均每 50 平方米有两套冗余主设备的密度分布在全舰内，负责将二氧化碳和其他气体与颗粒空气 污染物从大气中除去，同时补充维持氧分压，从而维持舒适且可呼吸的大气环境。设备通过光催化生物处理来完成上述大气净化工作。 大气处理器单元同时还将温湿度维持在适宜的限制水平内。由处理单元处理过的可呼吸大气随后通过空调网络在全舰范围内重新循环。

巡航模式运作规程中要求处理单元的正常工作周期为 96 小时，但计划常规维护之间的工作时间则长达 2,000 小时。每个 96 小时 工作周期结束之后，所对应单元的负载将会被自动切换到平行备份的另一套主系统承担。在需要的情况下也可以单独切换特定的系统 元件。空调送风系统也可以通过远程控制在公用系统节点处切换，将气流送到其他位置的处理单元，从而提供更灵活的额外冗余措施。

后备大气系统实际上是第三套大气处理单元冗余，但只提供主系统正常容量的 50%且维持最长 24 小时，具体情况取决于系统负 载水平。这套系统原则上只在两套主系统全部主要设备全都失能的情况下才会使用。备用系统使用主系统的空调网络送风，并由计算 机分析系统运作，以确保主系统上任何损坏的通风管路段和处理器都被从系统中隔离并停用。

此外，还有一套紧急大气供应系统，负责在危急情况下向指定的避难所区域供应最长 36 小时的可呼吸大气。这些系统使用独立 的氧和电源供应，并在系统彼此之间和备份系统与主系统之间都物理隔绝。紧急系统并不能提供全船范围内的大气供应，并且只具备 最小限度的空气再循环能力（只能吸收二氧化碳和补充氧气）。但如有机会，通过将任何未使用应急供应模块、或是主系统与后备系 统内尚完好的氧气供应接入，其的运作时间能够得到显著延长。

在主系统大气供应能力全部失效、需要使用应急系统的情况下，分布在全舰大多数主要走廊节点的应急供应模块将启用并维持约 30 分钟的全舰可呼吸大气，以确保船员撤离到避难所。在这种情况下，需要在避难所以外无法维持可呼吸大气区域工作的船员将分发 并穿上环境防护服。除非船体出现气密性破损并发生大规模爆炸性减压，否则即便在大气供应系统严重损坏的情况下，上述系统仍然 预计可以保持最长达 50 分钟的维生大气环境，供所有船员撤离到指定的避难所中。

根据 SFRA 标准 102.19，M 级兼容环境的标称值为：大气温度 26℃，相对湿度 45%，大气压 101 千帕（760 毫米汞柱），大气 成分为：78%氮气，21%氧气和 1%微量气体。舰上大约 10%的居住设施可在不更换主要硬件设备的情况下切换成 H 级、K 级或者 L 级大气环境，还有 2%的居住设施可以切换成 N 级或 N(2)级环境。如果需要，星舰可以在主要星站停留期间更换大气处理器单元，从 而让星舰全舰适应 H、K 或是 L 级环境。

12.3 重力发生器 Gravity Generation #

自太阳系中的第一个在轨研究空间站建造以来，微重力环境所带来的坏处和好处就已经被详细记录与研究。21 世纪人类所建造的第一批真正的星际飞船通过借助推进机动所产生的加速度、以及在滑行段使用自旋离心机模拟的方式产生人工重力，这在那一时代是尚可接受的解决手段。

但类人生物机体除了重力还需要恰当的电磁场环境，才能维持细胞正常生长分化，这与大多数 M 级行星的自然环境相类似。此后出现的低水平电磁场设备模拟了行星表面的电磁环境，让许多即便经历总长长达 20-30 年航行的宇航员仍然处于健康状态。

银河级星舰的总体环境平台返回到一种更为自然的方式，人们能够在甲板的平面表面上自由移动，并受到恒定的人工重力场所作用。在星舰上，这种人工重力通过一套小型重力发生器网络来实现。这套网络被分为四个区域，两个在碟部、两个在轮机舰体。四个区域中的发生器协同运作，为船员提供正常的「向下」感，同时也与惯性阻尼器系统相连，以消除飞行期间的惯性冲击。碟部的两套重力发生器网络区域每个共有 400 个发生器，轮机舰体则是每个 200 个。各发生器的重力场范围之间有轻微的重叠，但几乎无法察觉。

重力场本身由受控的引力子流产生，与牵引光束产生的引力子流非常相似。实际上，它们之间的基本物理原理别无二致。来自等离子电力系统的能量被导入一个直径为 50 厘米、高 25 厘米的 454 号钛化 anicium 制成的圆柱腔密封缸中。密封缸充满了高压 chrylon气体，中心悬浮着一个 thoronium arkenide 制成的超导定子。定子的转速一旦超过 125,540 转每分钟（ 125,540 rpm）就会产生一个寿命极短的重力场，只维持大约几皮秒。如此短的衰减时间使其必须在 30 米以外设置第二层发生器来维持这个重力场。这一重力场足够温和，能够让人自然地正常行走，而不受到从头到脚重力梯度的困扰，而这是前面提到的旧时代简单粗暴的离心人工重力系统上长期存在的问题。

超导定子从发生器制造的那一刻就以磁悬浮状态封装在发生器内部旋转，只需要偶尔从船载电力系统中同步能量脉冲以维持其旋转，通常每 60 分钟一次。如果供电发生故障，定子能够继续提供长达 240 分钟的重力场，但可能会探测到一定程度的衰减，大约降到 0.8G。任何可能扰乱定子自旋运动的小幅飞船运动都由密封缸内表面的正弦状肋片阻尼，其能够有效吸收任何≤6 厘米/秒的运动加速度。更高程度的运动由惯性阻尼器来缓冲。

重力发生器遍布全舰可居住区域，因此惯性势可从船内的一个位置向另一个位置变换，尤其是在剧烈机动的情况下。重力发生器网络通过一套小型波导管网络相连，从而能够通过变换将溢出的惯性势从舰内一处疏导至其他位置，释放场能以维持重力环境稳定。

超导定子从发生器制造的那一刻就以磁悬浮状态封装在发生器内部旋转，只需要偶尔从船载电力系统中同步能量脉冲以维持其旋转，通常每 60 分钟一次。如果供电发生故障，定子能够继续提供长达 240 分钟的重力场，但可能会探测到一定程度的衰减，大约降到 0.8G。任何可能扰乱定子自旋运动的小幅飞船运动都由密封缸内表面的正弦状肋片阻尼，其能够有效吸收任何≤6 厘米/秒的运动加速度。更高程度的运动由惯性阻尼器来缓冲。

重力发生器遍布全舰可居住区域，因此惯性势可从船内的一个位置向另一个位置变换，尤其是在剧烈机动的情况下。重力发生器网络通过一套小型波导管网络相连，从而能够通过变换将溢出的惯性势从舰内一处疏导至其他位置，释放场能以维持重力环境稳定。

12.4 紧急环境系统 Emergency Environmental Systems #

进取号的环控系统基本设计理念是通过多重冗余追求极端的可靠性。尽管如此，星际舰队仍然意识到星舰及其船员可能经常遭遇无法预知的危险，因此提供了又一层额外的预备措施供潜在的环控系统危机情况下使用。

这些紧急环境支持系统用于为船员提供足够长时间的适当维生支持，确保工程人员有足够时间修复环控主系统或备份系统功能。系统的第一个组成部分是一套应急后备系统，用于为全舰提供 30 分钟的应急照明和大气供应，从而确保船员能够被有序引导和疏散到构成系统第二部分的一系列紧急环境避难所。

应急大气和电力供应 Contingency Atmospheric and Power Supply #

应急大气和电力供应系统作为环控两套冗余主系统与一套备份系统的额外补充，其包括分布在全舰内大多数走廊节点的 425 个自维持大气与电源供应模块。

这些模块的主要部件包括通风机、低温氧储罐、二氧化碳过滤器、应急灯和电池。在所有主份和备份环控系统都完全失效的情况下，这些设备仍然能够为全船提供大约 30 分钟的照明和大气供应，供所有船员撤离到指定的避难所避难。

紧急避难所 Emergency Shelters #

在全舰环控系统出现重大失效的情况下，船员会被指示前往 52 个紧急环境避难所之一报到。这些避难所分布在全舰居住区内部，每个避难所区域都能够在没有或最小外部支持的情况下维持最多 65 名船员生存 36 小时。避难所区域将从一系列专用且受保护的公用系统总线获取优先维生物资供应，使其即便在全舰其他区域主系统全部断供的情况下仍然保持宜居环境。避难所内部也配备有独立的应急空气、水、食物和电力储备，能够在失去供应的情况下继续维持 24 小时。每个避难所还配备有至少两套应急增压环境防护服，让船员可以进入外部失去保护的区域，进行可能的救援和维修工作（详见 条目 14.4 ）。

其他情况 Other Scenarios #

轻度的环控系统故障可能导致舰内一或多个区域无法居住。在这种情况下，指挥官可能选择疏散受影响区域的人员，以保护船员或降低剩余维生系统容量的负担。这种情况下的另一个选项是将所有船员提前疏散到避难所，这样万一出现进一步故障需要启用备份系统时风险最低。更为严重的系统故障可能迫使整个碟部或轮机舰体内部的船员需要进行疏散，并在未受影响的船体部分避难。在这种情况下，只有环控系统工程人员可以留在故障船体内部，以进行必要的维修。

12.5 废物管理 Waste Management #

与大多数大型深空飞船一样，进取号通过一套闭环生态系统来保持环境维持能力。但与行星生物圈不同的是，星舰必须通过技术手段来模拟行星上的复杂生态循环过程以维持生命。这些手段中就包括废物管理系统，能够对废弃产物进行最大程度的回收。没有这样的回收再循环能力，星舰将无法携带足够的水和食物等维生消耗品来满足执行大多数星际舰队任务的需求。

水和污水回收 Water and Sewage Recycling #

在进取号上，每名船员通常每天会产出约 52 升的废水和污水。这些废水被输送到环控系统综合体的处理与回收单元，分别位于 6 号、13 号和 24 号甲板上。废水的初步处理由一系列机械渗透过滤装置完成，除去水中的固体和颗粒物。过滤的残渣会被送往有机废物处理系统供进一步处理与回收。经过滤的液体随后通过渗透和电解离手段除去其中溶解的或是显微尺度的污染物，后两者同样也被提取处理和回收。完成过滤的水被加热蒸馏到 150℃以杀灭微生物，最终通过最后一次机械过滤后，送回舰上淡水贮箱内供重新使用。

在水处理过程中提取的各种残渣也是一种重要的资源。有机废物处理系统会对其进行一系列加热和辐射消毒处理，随后被电解并重新加工成食物复制机所使用的有机粒子悬浊液原材料。剩余的副产品则被送往物质复制回收系统处理。

固体废物回收 Solid Waste Recycling #

垃圾等固体废物将通过线性感应公用管道输送到 9 号、13 号和 34 号甲板的处理单元。被送入的固体废物会被自动扫描，并根据类型和组成进行分类。可以通过机械再加工进行回收的物品会被分离出来，这些物品约占所有固体废物的 82%，包括衣服、包装、其他废弃容器以及小型个人物品。这些物品会被运送至一系列专门的处理器，其首先会对废弃物品进行消毒，然后将其还原为可回收的形式（例如用于制作制服和其他服装的加工纤维包）。有害物质（例如有毒、生物危害和放射性物质）也会被分离出来，剩余的不可回收的物质将会被储存并进行物质复制回收。

物质复制回收 Matter Replication Recycling #

不能通过机械或化学方法直接回收的材料将会被存储起来进行物质复制回收。这一过程通过分子矩阵复制机来完成。它实际是将废物能量化，然后再以所需物品或其他计算机内存中存储的有用材料的形式重新物质化。虽然这一过程能够提供大量有用的物品，但也十分耗能，因此许多日常消耗品（如水和衣服）会选择相较而言不那么耗能的机械或化学方法回收。某些类型的消耗品（例如食物）则经常利用复制回收方式进行回收，因为这样能够节省大量的储存原料。（详见 条目 13.5 ）

有害物质回收 Hazardous Waste Recycling #

在产生的所有液体与固体废物中，大约 5%因其毒性、反应活性、生物危害性或放射性而被判定为有害物质。这些物质会被从其他废物中分离出来，然后立即送入复制机并被转化为无害的碳颗粒。经处理惰化的物质随后将交由物质复制回收。