航天食品包装指在地面储运、飞船上行、轨道飞行和返回着陆等过程中保护食品、方便操作，按一定技术方法采用的容器、材料及辅助物等的总体名称。随着载人航天技术的发展，航天食品的类型和品种也在不断丰富，形成了包括食品、包装、储存、制备、伺服、清洁和废弃物处理等一整套设备、装置和技术在内的航天食品系统。航天食品包装作为航天食品系统的一部分，其形式也由单向化向多样化发展。
随着载人航天驻留时间不断延长，人类探索太空的步伐由近地轨道向月球基地、火星迈进。作为载人航天飞行中航天食品系统的重要组成部分，航天食品包装也存在着满足食品保质期不断延长所要求的防护性、阻隔性同飞行时间延长带来的重量、体积不断增加之间的矛盾。
目前的食品包装技术各自的成熟度不同，有的已经很完善，在地面食品工业中得到广泛应用，有的刚刚起步，但具有良好的发展前景。
一、航天食品包装简史及存在问题
1、国外航天食品包装沿革
NASA 早期太空飞行中的食品，如水星号、双子星号，受到工程条件限制，大都是一口大小的方块形状、冻干粉末或是半流体的物料，采用塑料或铝箔包装的真空封口及可压缩的铝管（ 与牙膏管类似） 。
Fig.1Foods during Mercury and Gemini flights 在阿波罗 8 号食品体系中勺子的引入改变了航天食品包装和食品进食的观念。食品包装的发展从火星号和双子星号的挤压牙膏管到阿波罗号使用的勺碗包装形式，最后到天空实验室的食品体系。在天空实验室，食品体系可使用普通餐具，从完全打开的容器中在零重力的环境下进食。下图为阿波罗任务期间的航天食品类型，图中下方的 3 种为未复水和开启的勺碗包装形式。
Fig.2Foods during Apollo flight 天空实验室中使用的食品包装容器由带全开易拉盖的铝罐组成。铝罐用来装热稳定食品，里面嵌入了 1 个隔板用来防止失重环境下拉开盖子食品的飞溅。需要复水的食品装在罐中的小袋中，用 1 个水阀复水。罐装的即食食品用 1 条窄的塑料膜袋包装。以前采用的塑料饮料袋被一种圆柱形的可折叠塑料瓶所替代，当灌进热水或凉水时这种塑料瓶可伸长。用 1 个食品加热盘来束缚固定、加热食品，且此加热盘可作为进餐时的餐桌。天空实验室中部分食品需要冷藏，但这部分食品并不在航天飞机上使用。航天飞机上对重量和体积有严格要求与限制，而天空实验室食品包装存在重量较大、空间利用率较低的缺点，这阻止了其在航天飞机上的继续使用。
Fig.3 Foods and tray in Skylab 相比前期任务，航天飞机使用新的强制空气对流食品加热方式，且分别有热水（ 71 ℃） 和凉水 （ 4 ℃） 可以使用，因此食品包装设计有了全新的改进。例如航天飞机中设计了一种全新的复水食品包装形式，结构简单，由 1 个注塑高密度聚乙烯盒体和 1 个热成形的柔软盖子组成; 包装材料为透明，航天员对里面的食物可一目了然，能耐受加热器表面 85 ℃的温度。这种新型包装的重量为 31.3 g，超过阿波罗任务时的碗勺包装形式（ 17.2 g） 和天空实验室复水饮料包装（ 27.5 g） ，优点是其柔软的盖子鼓起后可以提供更多体积以装食品。它的正常体积为236 cm3，但它柔软的盖子可以使体积增加到 354 cm3。这种包装形式可以一个套一个堆积存放，使其所占体积与前期任务食品所占的体积相同。
Fig.4Ｒehydratable food packaging in Space Shuttle 目前，国际空间站的航天食品由俄罗斯航天机构和美国 NASA 各提供一半。NASA 的航天食品包装基本沿用前期任务的形式。俄罗斯的航天食品体系与 NASA 有显著差别，如热稳定食品都是采用金属容器包装，而 NASA 已经广泛使用蒸煮袋。俄罗斯的金属容器为马口铁，无易开盖，需配置开罐器，主要有 2 种尺寸: 大型（ Ф101.6 mm×38.1 mm） ; 小型（ Ф85.7 mm ×31.75 mm） 。
2、我国航天食品包装发展
我国的航天食品包装起步较晚。但自载人航天工程实施以来，经过 20 多年的发展，我国的航天食品包装取得了巨大的进步，经历了 5 次载人飞行的实际验证。目前，我国的航天食品包装根据不同的原材料和中式食品的加工工艺要求，分为蒸煮袋包装、金属包装、复合膜包装等不同的形式。虽然取得了一定成果，但在实际应用过程中，同国外航天食品包装一样，也面临着重量、体积等工程条件的限制和垃圾处理、包装轻量化等问题。
3、飞行任务中航天食品包装重量
载人航天飞行中，食品包装和废弃物的重量是飞船载荷中一个重要的组成部分。例如对航天飞机，包装的重量为每人每天 226.8 g，而国际空间站上的复水食品和即食食品为了增加保质期，都是用铝箔膜双层包装，而且在国际空间站上热稳定食品用的较多，约为 345 g/人天，占到每人每天食品（ 含包装） 重量的约 15%。
在火星建立基地，食品包括地球和火星之间的往返和基地生活期间所需的总和。假设从地球出发到达火星表面需经过 6 ～8 个月的飞行，火星表面生活 18 个月再返回，和地球火星之间往返时间约为 1000 d，据计算，1 个 6 人乘组仅食品的重量就有 9660 kg，而产生的食品包装废弃物的重量可以达到 1440 kg。
4、飞行任务中航天食品包装处理方式
航天食品包装在使用之后就变成了不能再利用的废弃物，不仅占用舱内空间，且处理不好，其腐败产生的异味会影响舱内环境。航天食品的数量与产生的垃圾数量呈正比，食品数量越大其造成的垃圾越多，因此采取及时、有效的垃圾处理方式显得非常必要。
垃圾的处理方式会随着任务时间的长短、飞船载荷的大小采取不同的方式。NASA 早期的中期飞行任务，如双子星、阿波罗任务，食品包装等废弃物一般是带回地球处理或直接遗弃在月球表面。而在航天飞机上，包括食品包装在内的各种废弃物都是运到地球后处理的。Wydeven 等 （ 1991） 对 SDS-51D 次任务 7 人乘组 7 d 产生的各种废弃物状况做了分析，固体废弃物共 49.2 kg，平均每人每天1 kg，这其中大概32% （ 15.6 kg） 是与食品相关的各种包装材料，还有大概 12.2 kg 是未用完的各种食品和饮料。现在的国际空间站，食品垃圾等都是用胶带捆扎处理后装入货船，在返回大气层时烧毁。
目前的飞行任务，食品包装产生的垃圾可采用储存再返回销毁的方式处理，但就载人登陆火星而言，食品包装垃圾的重量接近 1440 kg，只能采用部分循环、部分带回处理相结合的方式。
二、未来需求与分析
可以看出，随着任务周期的延长、飞行距离的增加，对食品保质期要求大大增加、食品的重量体积需求直线上升。月球计划（ 最终的火星计划） 需要食品的保质期更长（ 在月球上有 6 个月的生活基地和 3 ～5 年的火星任务） ，较好的品质和平衡的营养。长时间飞行，食品对航天员心理安慰的作用是巨大的，有助于减少飞行过程中的冷漠感和孤独感，让航天员找到家的感觉。未来的载人登火星及深空探索任务，需要食品保质期增加、包装轻量化和废弃物的减少，需要新的包装技术和包装材料。长期载人飞行带给食品包装的挑战主要包括以下几方面: 保证食品达到 3 到 5 年保质期所需的高阻隔性的包装材料，多功能多用途的包装类型以实现模块化，可降解和再循环利用的包装形式、用于方便储存的软包装形式。
NASA 在 2015 年技术路线图第六部分 － 人类健康、生命保障、居住系统中提出，要在载人登月及载人登火星任务中减少食品包装的比重，实现包装轻量化，目标是将占整个食品系统的比重由目前的 15% 降低到 5% 以内，并且要开发创新包装和创新加工技术，提高营养成分的稳定性和乘员对食品的接受度，将食品的平均保质期由目前的 1 年提高到 5 年。
目前的包装技术和包装材料很多，技术成熟度也不同，有的可以直接或通过技术增强后用于载人飞行，有的还处于研究阶段，距离实际应用还有距离。下面就目前常用包装技术和包装材料的成熟度和应用可行性做出分析。
1、无菌包装
无菌包装从 20 世纪 70 年代在欧美兴起，包装工艺和包装材料都取得了巨大进步，广泛应用于食品、饮料、乳制品、蛋奶制品、调味品等多种生产企业。它的优点是最大限度地减少食品在杀菌包装过程中营养成分和原有风味的损失，延长了罐装的货架寿命，同时降低了包装费用。与传统包装技术相比，无菌包装具有杀菌包装一体化方式的优点，采用的材料多为铝塑、纸塑等密闭性很好的复合材料，能使食品在常温下保存很长时间。这种技术用于地面包装食品是非常合适的，但对长期载人飞行任务或建立外星基地而言，从地球或其它中转站转运的包装材料或许已经具备杀菌功能，对这一技术的需求不是很强烈。
2、可食膜/可降解包装
可食膜成膜材料包括淀粉类、多糖类、蛋白质、脂肪类和复合类等，应用领域包括新鲜果蔬、肉类、冷冻制品及烘烤制品的保藏和快餐食品中调味粉的包装等。但就目前技术而言，可食膜存在性能不高，抗拉力、封口性能、耐水和耐高温都比较差，阻隔性距离最差的塑料聚合物材料也很远，很难用于食品加工和保存。因此目前的可食膜大部分还限于研究领域，真正用于食品包装实践的很少，距离满足航天食品 3 ～5 年保质期的要求就更远了。但在长期飞行任务或建立火星基地时，由于其可降解不会产生垃圾，可以用于面粉等干性物料的短期保存。
3、属罐包装
金属罐包装材质包括马口铁、铝合金等，具有良好的阻隔性，通常保存食物的货架期可达 3 年。这种包装技术目前在短期载人飞行任务中应用较多，如俄罗斯提供的国际空间站食品中就包括金属包装形式。这种包装的阻隔性虽好，但重量也大，以目前材质最轻的铝合金而言，内容物为 120 g 的空罐，其重量在 17 ～ 25 g 之间。长期载人飞行任务中，包装重、垃圾处理困难使得这种包装形式并不适合使用。一种新型的半硬包装形式在国外许多国家得到广泛应用，其采用 PVDC、EVOH 或是铝箔作为阻隔层、用纸或树脂做骨架，兼顾了硬罐头和软罐头两者的一些优点，性能介于两者之间。但这种包装形式同金属罐包装一样，在长期载人飞行任务中应用同样面临重量和后期垃圾处理等一系列难题。
4、蒸煮袋包装
蒸煮袋包装是在硬罐头的基础上发展起来的，是目前技术成熟度最高的可用于载人航天的食品包装技术。包装的基材通常以一种能够起保护作用的膜如聚酯 PET 或尼龙，以铝箔作为主要的阻隔层，以聚丙烯作为内封层，使得透氧量和透湿量几乎为零。此包装技术一般可使内容物的保质期达到 1 ～2 年，使用双层包装可使保质期进一步延长。但是否满足保质期 3 ～5 年的要求，需进一步检测确定。这项技术最先用于载人航天领域并逐渐推广到民用领域，目前用在航天飞机、国际空间站的热稳定食品及军用的方便食品中。
5、用于中等保质期食品的高阻隔包装材料
这类包装材料同样具有高阻隔性，不同于蒸煮袋，这类材料内不含有金属阻隔层，适用于微波加热，其高阻氧和高阻水汽性能同样有助于保护食品的风味。这类包装材料的阻隔层包括 EVOH、镀 SiOx、镀氧化铝、镀氧化钛等。孙运金等采用潘宁放电等离子体增强化学气相沉积方法，在 PET 基底薄膜表面沉积 SiOx 高阻隔复合薄膜，所得薄膜表面平整、均匀、致密，透湿率和透氧率分别为 24.5 g/（ m224 h） 和 135 mL/（ m2 24 h） ，表现出较好的阻隔性能。张受业等采用磁增强等离子体化学气相沉积的方法，在 PET 基底表面制备的高阻隔 SiOx 复合薄膜，在同一环境条件下，其氧气透过率最小值为 0.725 mL/（ m2 24 h） ，而原 PET 膜的透氧率为 130 mL/ （ m224 h） ，SiOx 致密的表面结构使材料的阻隔性能大幅提高。在常温、1 个大气压和 75% 相对湿度的条件下，这些包装材料能保证易氧化食品有 12 ～ 15 个月的保质期。易氧化食品由氧化导致的腐败主要取决于温度和保存过程中起反应的氧分压，因此在较低储藏温度和较高的真空条件下，长保质期（ 3 ～5 年） 是可以实现的。这种高阻隔材料主要使用在那些需要事先冷藏或冷冻，加工包装时才需要进行热处理的食品。而且这种包装材料还可用于包装酸性、中等水分的食品，以及脱水食品。对比较稳定的水分活度较低的食品，有必要在包装封口前先用惰性气体（ 比如氮气） 冲洗以减少氧气的存在，也可以在包装的顶部放置除氧剂。
参考观研天下发布《2018年中国食品包装行业分析报告-市场深度分析与投资前景预测》
6、液晶聚合物包装材料
液晶聚合物有异乎寻常好的阻氧阻湿性，与一般的包材聚合物相比，它也具有较好的物理特性。但由于使用液晶聚合物材料的费用较高，现在含有液晶聚合物材料的包材比较典型的是用小量的它与其他材料，如 LDPE、PET 相复合以保证它的优良性能。
复合有液晶聚合物材料的包材可以用来包装那些需要趁热包装、高温杀菌、微波加热及真空包装的食品。由于它优良的阻隔性，包装袋需经过抽真空或用气体冲洗的方式后封口，以保证清除袋内残余的氧气。液晶聚合物材料可以加工成柔软的薄膜袋或半硬的包装形式。它可以通过复合形成多层结构或以单层形式提供。单层结构的薄膜通过固体废弃物处理系统或再重新利用比较容易处理。如果可以考虑重新利用的话，那有可能会节省包装材料。液晶聚合物材料目前国外研究应用的较多，国内包装领域研究的较少。
7、基于氧清除的超高氧栅栏技术
水分活度、酸度、温度、防腐剂等栅栏因子相互影响对食品的联合防腐保持作用，称之为栅栏技术。基于氧清除的超高氧栅栏技术是栅栏技术的一种，利用薄膜的一部分有清除氧的功能，可以帮助维持食品新鲜程度，增加保质期，保护食品的色泽。这项技术不受食品类型的限制，且对水分多或少的食品同样有作用。这种膜材是当前具有氧清除功能产品的替代品，比如除氧袋。由于高温杀菌过程中高压环境可将袋内残余的氧气压入食品中使其释放缓慢，因此在高温蒸煮过程使用除氧材料在美国军用食品的加工过程中已经被丢弃。这种技术的除氧成分添加在薄膜中，因此不需要食用前去掉除氧袋，而且也不会改变包装袋的外观和感觉。用于高温杀菌的复合金属箔片的包装袋由于折叠产生折痕，可导致氧渗透性增加，但超高氧栅栏技术薄膜使用阻氧的金属箔片和除氧透明膜复合后，加工的高温蒸煮袋能够耐受折叠，可以有效降低氧气的渗入。除氧膜将在清除袋内气体和高温杀菌操作后发挥除氧作用。目前这项技术仅用于需经过热处理的食品，如热处理或微波加热处理后才发挥作用。栅栏技术在美国、印度以及欧洲一些国家已经有较大发展，近年来，随着我国食品加工业的兴起，栅栏技术广泛应用于肉制品及鲜切水果等各类食品的加工与保藏。
8、纳米复合包装材料
航天食品因其特殊的储存条件和食用环境，对包装材料的要求较高。纳米材料的出现，以其质量轻、强度大、高阻隔性和多功能性等特殊性能，可以很好地满足航天食品对包装材料的要求，在航天食品包装中的应用前景十分广阔。
纳米材料具有高阻隔性、高阻燃性和热稳定性的特点，可以使食品达到 3 ～5 年的保质期。同时纳米材料质地轻、强度大，也存在可以减少整体包装重量的可能性。这种包装材料的形式和方便性与其他高阻隔性的薄膜材料非常相似。它可以用来包装热稳定食品、微波食品及需要热包装处理的食品。在食品保鲜杀菌方面，运用纳米技术，在包装材料中添加特殊性能的填充材料或在材料表面涂上一层特殊的纳米涂层，生产出的纳米功能性材料具有除味、杀菌、自动消毒的效果，从而延长航天食品的储存期、提高航天食品的食用品质。如用纳米 TiO2 和纳米 ZnO 等作光催化杀菌剂制成的纳米材料，杀菌能力较强，不仅能将细菌和残骸一起杀灭清除，同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉。
由于纳米聚合物材料为 100% 的聚合物结构，因此具有某些优异的特性。这种材料非常容易烧毁并且比其他包装材料更容易重新利用，可以作为燃料重新利用，或者被重新做成其他的形式作为临时的包装或设备的备用部件。纳米材料是当前新材料研究的热点，随着其安全可靠性的提高和功能的丰富，其在长期载人飞行任务中使用的可能性也越来越大。
9、气味吸收包装
这是一种活性包装形式，可以通过吸收或吸附作用而除去气体，这类包装已在某些科学文章或专利中有报道，如俄罗斯专家在食品包装材料的聚合物中添加水的酸化物、多种矿物盐和酶等物质，富含这些物质的包装袋的内表面，可吸收所包装食品中多余的水分，杀灭细菌，从而改善包装袋的内部环境。同时添加剂中的酶还能调节食品的气味，为食物中的营养成分营造生存空间。使用这种活性包装可以有选择性地去除某些不需要的香味成分，有助于提高食品的感官品质。
气味吸收包装可以与其他的聚合物一起使用，比如 PET、LDPE、PP，它通常是添加在包材的基层中。使用气体吸收技术是为了吸收在长保质期过程中的不需要的气味。在这种技术中，气味的主要成分需要被事先确定，这些成分主要为在脂氧化或加工过程中产生的醛类、酮类化合物。使用时可以将活性成分放置在包装的顶部以吸收多余的气味成分，通常大部分挥发性的化合物都集中在包装的顶部。同样受限于发展程度，此项技术的成熟度也较低，目前研究的比较多，而实际应用的较少。但相似的技术已经在废弃物的气味处理中使用，这对长期载人飞行任务的废弃物和脏衣服的处理方法可能会有帮助。
随着人类探索脚步逐渐向外太空迈进，航天食品包装在满足基本防护功能的基础上对新功能的需求也越来越多。本文分析的几点也只是众多包装技术中的一部分，随着现代包装技术的发展，新材料新技术也会不断涌现，其与载人航天的发展贴合也会越来越紧密，通过二者的相辅相成，载人航天也会发展的越来越完善，人类探索的脚步也会走的越来越远。
随着载人航天驻留时间不断延长，人类探索太空的步伐由近地轨道向月球基地、火星迈进。作为载人航天飞行中航天食品系统的重要组成部分，航天食品包装也存在着满足食品保质期不断延长所要求的防护性、阻隔性同飞行时间延长带来的重量、体积不断增加之间的矛盾。
目前的食品包装技术各自的成熟度不同，有的已经很完善，在地面食品工业中得到广泛应用，有的刚刚起步，但具有良好的发展前景。
一、航天食品包装简史及存在问题
1、国外航天食品包装沿革
NASA 早期太空飞行中的食品，如水星号、双子星号，受到工程条件限制，大都是一口大小的方块形状、冻干粉末或是半流体的物料，采用塑料或铝箔包装的真空封口及可压缩的铝管（ 与牙膏管类似） 。
图表：水星号和双子星号任务期间的食品
图表来源：公开资料整理
Fig.1Foods during Mercury and Gemini flights 在阿波罗 8 号食品体系中勺子的引入改变了航天食品包装和食品进食的观念。食品包装的发展从火星号和双子星号的挤压牙膏管到阿波罗号使用的勺碗包装形式，最后到天空实验室的食品体系。在天空实验室，食品体系可使用普通餐具，从完全打开的容器中在零重力的环境下进食。下图为阿波罗任务期间的航天食品类型，图中下方的 3 种为未复水和开启的勺碗包装形式。
图表：阿波罗任务期间的食品
图表来源：公开资料整理
Fig.2Foods during Apollo flight 天空实验室中使用的食品包装容器由带全开易拉盖的铝罐组成。铝罐用来装热稳定食品，里面嵌入了 1 个隔板用来防止失重环境下拉开盖子食品的飞溅。需要复水的食品装在罐中的小袋中，用 1 个水阀复水。罐装的即食食品用 1 条窄的塑料膜袋包装。以前采用的塑料饮料袋被一种圆柱形的可折叠塑料瓶所替代，当灌进热水或凉水时这种塑料瓶可伸长。用 1 个食品加热盘来束缚固定、加热食品，且此加热盘可作为进餐时的餐桌。天空实验室中部分食品需要冷藏，但这部分食品并不在航天飞机上使用。航天飞机上对重量和体积有严格要求与限制，而天空实验室食品包装存在重量较大、空间利用率较低的缺点，这阻止了其在航天飞机上的继续使用。
图表：天空实验室的食品和托盘
图表来源：公开资料整理
Fig.3 Foods and tray in Skylab 相比前期任务，航天飞机使用新的强制空气对流食品加热方式，且分别有热水（ 71 ℃） 和凉水 （ 4 ℃） 可以使用，因此食品包装设计有了全新的改进。例如航天飞机中设计了一种全新的复水食品包装形式，结构简单，由 1 个注塑高密度聚乙烯盒体和 1 个热成形的柔软盖子组成; 包装材料为透明，航天员对里面的食物可一目了然，能耐受加热器表面 85 ℃的温度。这种新型包装的重量为 31.3 g，超过阿波罗任务时的碗勺包装形式（ 17.2 g） 和天空实验室复水饮料包装（ 27.5 g） ，优点是其柔软的盖子鼓起后可以提供更多体积以装食品。它的正常体积为236 cm3，但它柔软的盖子可以使体积增加到 354 cm3。这种包装形式可以一个套一个堆积存放，使其所占体积与前期任务食品所占的体积相同。
图表：航天飞机复水食品包装
图表来源：公开资料整理
Fig.4Ｒehydratable food packaging in Space Shuttle 目前，国际空间站的航天食品由俄罗斯航天机构和美国 NASA 各提供一半。NASA 的航天食品包装基本沿用前期任务的形式。俄罗斯的航天食品体系与 NASA 有显著差别，如热稳定食品都是采用金属容器包装，而 NASA 已经广泛使用蒸煮袋。俄罗斯的金属容器为马口铁，无易开盖，需配置开罐器，主要有 2 种尺寸: 大型（ Ф101.6 mm×38.1 mm） ; 小型（ Ф85.7 mm ×31.75 mm） 。
2、我国航天食品包装发展
我国的航天食品包装起步较晚。但自载人航天工程实施以来，经过 20 多年的发展，我国的航天食品包装取得了巨大的进步，经历了 5 次载人飞行的实际验证。目前，我国的航天食品包装根据不同的原材料和中式食品的加工工艺要求，分为蒸煮袋包装、金属包装、复合膜包装等不同的形式。虽然取得了一定成果，但在实际应用过程中，同国外航天食品包装一样，也面临着重量、体积等工程条件的限制和垃圾处理、包装轻量化等问题。
3、飞行任务中航天食品包装重量
载人航天飞行中，食品包装和废弃物的重量是飞船载荷中一个重要的组成部分。例如对航天飞机，包装的重量为每人每天 226.8 g，而国际空间站上的复水食品和即食食品为了增加保质期，都是用铝箔膜双层包装，而且在国际空间站上热稳定食品用的较多，约为 345 g/人天，占到每人每天食品（ 含包装） 重量的约 15%。
在火星建立基地，食品包括地球和火星之间的往返和基地生活期间所需的总和。假设从地球出发到达火星表面需经过 6 ～8 个月的飞行，火星表面生活 18 个月再返回，和地球火星之间往返时间约为 1000 d，据计算，1 个 6 人乘组仅食品的重量就有 9660 kg，而产生的食品包装废弃物的重量可以达到 1440 kg。
4、飞行任务中航天食品包装处理方式
航天食品包装在使用之后就变成了不能再利用的废弃物，不仅占用舱内空间，且处理不好，其腐败产生的异味会影响舱内环境。航天食品的数量与产生的垃圾数量呈正比，食品数量越大其造成的垃圾越多，因此采取及时、有效的垃圾处理方式显得非常必要。
垃圾的处理方式会随着任务时间的长短、飞船载荷的大小采取不同的方式。NASA 早期的中期飞行任务，如双子星、阿波罗任务，食品包装等废弃物一般是带回地球处理或直接遗弃在月球表面。而在航天飞机上，包括食品包装在内的各种废弃物都是运到地球后处理的。Wydeven 等 （ 1991） 对 SDS-51D 次任务 7 人乘组 7 d 产生的各种废弃物状况做了分析，固体废弃物共 49.2 kg，平均每人每天1 kg，这其中大概32% （ 15.6 kg） 是与食品相关的各种包装材料，还有大概 12.2 kg 是未用完的各种食品和饮料。现在的国际空间站，食品垃圾等都是用胶带捆扎处理后装入货船，在返回大气层时烧毁。
目前的飞行任务，食品包装产生的垃圾可采用储存再返回销毁的方式处理，但就载人登陆火星而言，食品包装垃圾的重量接近 1440 kg，只能采用部分循环、部分带回处理相结合的方式。
二、未来需求与分析
可以看出，随着任务周期的延长、飞行距离的增加，对食品保质期要求大大增加、食品的重量体积需求直线上升。月球计划（ 最终的火星计划） 需要食品的保质期更长（ 在月球上有 6 个月的生活基地和 3 ～5 年的火星任务） ，较好的品质和平衡的营养。长时间飞行，食品对航天员心理安慰的作用是巨大的，有助于减少飞行过程中的冷漠感和孤独感，让航天员找到家的感觉。未来的载人登火星及深空探索任务，需要食品保质期增加、包装轻量化和废弃物的减少，需要新的包装技术和包装材料。长期载人飞行带给食品包装的挑战主要包括以下几方面: 保证食品达到 3 到 5 年保质期所需的高阻隔性的包装材料，多功能多用途的包装类型以实现模块化，可降解和再循环利用的包装形式、用于方便储存的软包装形式。
NASA 在 2015 年技术路线图第六部分 － 人类健康、生命保障、居住系统中提出，要在载人登月及载人登火星任务中减少食品包装的比重，实现包装轻量化，目标是将占整个食品系统的比重由目前的 15% 降低到 5% 以内，并且要开发创新包装和创新加工技术，提高营养成分的稳定性和乘员对食品的接受度，将食品的平均保质期由目前的 1 年提高到 5 年。
目前的包装技术和包装材料很多，技术成熟度也不同，有的可以直接或通过技术增强后用于载人飞行，有的还处于研究阶段，距离实际应用还有距离。下面就目前常用包装技术和包装材料的成熟度和应用可行性做出分析。
1、无菌包装
无菌包装从 20 世纪 70 年代在欧美兴起，包装工艺和包装材料都取得了巨大进步，广泛应用于食品、饮料、乳制品、蛋奶制品、调味品等多种生产企业。它的优点是最大限度地减少食品在杀菌包装过程中营养成分和原有风味的损失，延长了罐装的货架寿命，同时降低了包装费用。与传统包装技术相比，无菌包装具有杀菌包装一体化方式的优点，采用的材料多为铝塑、纸塑等密闭性很好的复合材料，能使食品在常温下保存很长时间。这种技术用于地面包装食品是非常合适的，但对长期载人飞行任务或建立外星基地而言，从地球或其它中转站转运的包装材料或许已经具备杀菌功能，对这一技术的需求不是很强烈。
2、可食膜/可降解包装
可食膜成膜材料包括淀粉类、多糖类、蛋白质、脂肪类和复合类等，应用领域包括新鲜果蔬、肉类、冷冻制品及烘烤制品的保藏和快餐食品中调味粉的包装等。但就目前技术而言，可食膜存在性能不高，抗拉力、封口性能、耐水和耐高温都比较差，阻隔性距离最差的塑料聚合物材料也很远，很难用于食品加工和保存。因此目前的可食膜大部分还限于研究领域，真正用于食品包装实践的很少，距离满足航天食品 3 ～5 年保质期的要求就更远了。但在长期飞行任务或建立火星基地时，由于其可降解不会产生垃圾，可以用于面粉等干性物料的短期保存。
3、属罐包装
金属罐包装材质包括马口铁、铝合金等，具有良好的阻隔性，通常保存食物的货架期可达 3 年。这种包装技术目前在短期载人飞行任务中应用较多，如俄罗斯提供的国际空间站食品中就包括金属包装形式。这种包装的阻隔性虽好，但重量也大，以目前材质最轻的铝合金而言，内容物为 120 g 的空罐，其重量在 17 ～ 25 g 之间。长期载人飞行任务中，包装重、垃圾处理困难使得这种包装形式并不适合使用。一种新型的半硬包装形式在国外许多国家得到广泛应用，其采用 PVDC、EVOH 或是铝箔作为阻隔层、用纸或树脂做骨架，兼顾了硬罐头和软罐头两者的一些优点，性能介于两者之间。但这种包装形式同金属罐包装一样，在长期载人飞行任务中应用同样面临重量和后期垃圾处理等一系列难题。
4、蒸煮袋包装
蒸煮袋包装是在硬罐头的基础上发展起来的，是目前技术成熟度最高的可用于载人航天的食品包装技术。包装的基材通常以一种能够起保护作用的膜如聚酯 PET 或尼龙，以铝箔作为主要的阻隔层，以聚丙烯作为内封层，使得透氧量和透湿量几乎为零。此包装技术一般可使内容物的保质期达到 1 ～2 年，使用双层包装可使保质期进一步延长。但是否满足保质期 3 ～5 年的要求，需进一步检测确定。这项技术最先用于载人航天领域并逐渐推广到民用领域，目前用在航天飞机、国际空间站的热稳定食品及军用的方便食品中。
5、用于中等保质期食品的高阻隔包装材料
这类包装材料同样具有高阻隔性，不同于蒸煮袋，这类材料内不含有金属阻隔层，适用于微波加热，其高阻氧和高阻水汽性能同样有助于保护食品的风味。这类包装材料的阻隔层包括 EVOH、镀 SiOx、镀氧化铝、镀氧化钛等。孙运金等采用潘宁放电等离子体增强化学气相沉积方法，在 PET 基底薄膜表面沉积 SiOx 高阻隔复合薄膜，所得薄膜表面平整、均匀、致密，透湿率和透氧率分别为 24.5 g/（ m224 h） 和 135 mL/（ m2 24 h） ，表现出较好的阻隔性能。张受业等采用磁增强等离子体化学气相沉积的方法，在 PET 基底表面制备的高阻隔 SiOx 复合薄膜，在同一环境条件下，其氧气透过率最小值为 0.725 mL/（ m2 24 h） ，而原 PET 膜的透氧率为 130 mL/ （ m224 h） ，SiOx 致密的表面结构使材料的阻隔性能大幅提高。在常温、1 个大气压和 75% 相对湿度的条件下，这些包装材料能保证易氧化食品有 12 ～ 15 个月的保质期。易氧化食品由氧化导致的腐败主要取决于温度和保存过程中起反应的氧分压，因此在较低储藏温度和较高的真空条件下，长保质期（ 3 ～5 年） 是可以实现的。这种高阻隔材料主要使用在那些需要事先冷藏或冷冻，加工包装时才需要进行热处理的食品。而且这种包装材料还可用于包装酸性、中等水分的食品，以及脱水食品。对比较稳定的水分活度较低的食品，有必要在包装封口前先用惰性气体（ 比如氮气） 冲洗以减少氧气的存在，也可以在包装的顶部放置除氧剂。
参考观研天下发布《2018年中国食品包装行业分析报告-市场深度分析与投资前景预测》
6、液晶聚合物包装材料
液晶聚合物有异乎寻常好的阻氧阻湿性，与一般的包材聚合物相比，它也具有较好的物理特性。但由于使用液晶聚合物材料的费用较高，现在含有液晶聚合物材料的包材比较典型的是用小量的它与其他材料，如 LDPE、PET 相复合以保证它的优良性能。
复合有液晶聚合物材料的包材可以用来包装那些需要趁热包装、高温杀菌、微波加热及真空包装的食品。由于它优良的阻隔性，包装袋需经过抽真空或用气体冲洗的方式后封口，以保证清除袋内残余的氧气。液晶聚合物材料可以加工成柔软的薄膜袋或半硬的包装形式。它可以通过复合形成多层结构或以单层形式提供。单层结构的薄膜通过固体废弃物处理系统或再重新利用比较容易处理。如果可以考虑重新利用的话，那有可能会节省包装材料。液晶聚合物材料目前国外研究应用的较多，国内包装领域研究的较少。
7、基于氧清除的超高氧栅栏技术
水分活度、酸度、温度、防腐剂等栅栏因子相互影响对食品的联合防腐保持作用，称之为栅栏技术。基于氧清除的超高氧栅栏技术是栅栏技术的一种，利用薄膜的一部分有清除氧的功能，可以帮助维持食品新鲜程度，增加保质期，保护食品的色泽。这项技术不受食品类型的限制，且对水分多或少的食品同样有作用。这种膜材是当前具有氧清除功能产品的替代品，比如除氧袋。由于高温杀菌过程中高压环境可将袋内残余的氧气压入食品中使其释放缓慢，因此在高温蒸煮过程使用除氧材料在美国军用食品的加工过程中已经被丢弃。这种技术的除氧成分添加在薄膜中，因此不需要食用前去掉除氧袋，而且也不会改变包装袋的外观和感觉。用于高温杀菌的复合金属箔片的包装袋由于折叠产生折痕，可导致氧渗透性增加，但超高氧栅栏技术薄膜使用阻氧的金属箔片和除氧透明膜复合后，加工的高温蒸煮袋能够耐受折叠，可以有效降低氧气的渗入。除氧膜将在清除袋内气体和高温杀菌操作后发挥除氧作用。目前这项技术仅用于需经过热处理的食品，如热处理或微波加热处理后才发挥作用。栅栏技术在美国、印度以及欧洲一些国家已经有较大发展，近年来，随着我国食品加工业的兴起，栅栏技术广泛应用于肉制品及鲜切水果等各类食品的加工与保藏。
8、纳米复合包装材料
航天食品因其特殊的储存条件和食用环境，对包装材料的要求较高。纳米材料的出现，以其质量轻、强度大、高阻隔性和多功能性等特殊性能，可以很好地满足航天食品对包装材料的要求，在航天食品包装中的应用前景十分广阔。
纳米材料具有高阻隔性、高阻燃性和热稳定性的特点，可以使食品达到 3 ～5 年的保质期。同时纳米材料质地轻、强度大，也存在可以减少整体包装重量的可能性。这种包装材料的形式和方便性与其他高阻隔性的薄膜材料非常相似。它可以用来包装热稳定食品、微波食品及需要热包装处理的食品。在食品保鲜杀菌方面，运用纳米技术，在包装材料中添加特殊性能的填充材料或在材料表面涂上一层特殊的纳米涂层，生产出的纳米功能性材料具有除味、杀菌、自动消毒的效果，从而延长航天食品的储存期、提高航天食品的食用品质。如用纳米 TiO2 和纳米 ZnO 等作光催化杀菌剂制成的纳米材料，杀菌能力较强，不仅能将细菌和残骸一起杀灭清除，同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉。
由于纳米聚合物材料为 100% 的聚合物结构，因此具有某些优异的特性。这种材料非常容易烧毁并且比其他包装材料更容易重新利用，可以作为燃料重新利用，或者被重新做成其他的形式作为临时的包装或设备的备用部件。纳米材料是当前新材料研究的热点，随着其安全可靠性的提高和功能的丰富，其在长期载人飞行任务中使用的可能性也越来越大。
9、气味吸收包装
这是一种活性包装形式，可以通过吸收或吸附作用而除去气体，这类包装已在某些科学文章或专利中有报道，如俄罗斯专家在食品包装材料的聚合物中添加水的酸化物、多种矿物盐和酶等物质，富含这些物质的包装袋的内表面，可吸收所包装食品中多余的水分，杀灭细菌，从而改善包装袋的内部环境。同时添加剂中的酶还能调节食品的气味，为食物中的营养成分营造生存空间。使用这种活性包装可以有选择性地去除某些不需要的香味成分，有助于提高食品的感官品质。
气味吸收包装可以与其他的聚合物一起使用，比如 PET、LDPE、PP，它通常是添加在包材的基层中。使用气体吸收技术是为了吸收在长保质期过程中的不需要的气味。在这种技术中，气味的主要成分需要被事先确定，这些成分主要为在脂氧化或加工过程中产生的醛类、酮类化合物。使用时可以将活性成分放置在包装的顶部以吸收多余的气味成分，通常大部分挥发性的化合物都集中在包装的顶部。同样受限于发展程度，此项技术的成熟度也较低，目前研究的比较多，而实际应用的较少。但相似的技术已经在废弃物的气味处理中使用，这对长期载人飞行任务的废弃物和脏衣服的处理方法可能会有帮助。
随着人类探索脚步逐渐向外太空迈进，航天食品包装在满足基本防护功能的基础上对新功能的需求也越来越多。本文分析的几点也只是众多包装技术中的一部分，随着现代包装技术的发展，新材料新技术也会不断涌现，其与载人航天的发展贴合也会越来越紧密，通过二者的相辅相成，载人航天也会发展的越来越完善，人类探索的脚步也会走的越来越远。
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