月宫一号：人在里面挺好的

天文知识 · 2016-10-31 14:33:59

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核心提示：5月20日上午10点18分，在众人的掌声中，“月宫一号”的舱门缓缓开启，谢倍珍、王敏娟和董琛3名志愿者先后走出舱门。一脸微笑的他们一出舱门就向大家送上了“礼物”，那是他们的劳动成果，一包包蔬菜和粮食，里面有毛豆、胡萝卜、生菜、空心菜、玉米、小麦……这标志着长达105天的密闭实验取得了圆满成功。那么，月宫一号是什么？它如何运作？此次试验又有什么意义呢？

“月宫一号”二期结构示意图“月宫一号”是什么“月宫一号”是一个类似地球生物圈的小型生态系统，是北京航空航天大学生物与医学工程学院刘红教授带领团队，集成10年来的研究成果构建的我国第一个、世界第三个生物再生生命保障地基有人综合密闭实验系统。为什么要建“月宫一号”呢？这是人类长时间、远距离太空探索的前提。航天员离开地球，要在遥远的太空中生存，离不开氧气、水和食物。而在我国神舟系列飞船里，航天员吃的食物只能一次性携带充足，不能再生。即使是长期在轨运行的国际空间站，也必须定期进行物资补给。然而，如果人类在未来进行更长时间、更远距离的太空探索，例如建设月球基地、火星基地等，由于路途遥远，食物完全通过携带储存供给或进行地面定期补给，将变得十分昂贵且很难实现。在刘红看来，最行之有效的解决办法就是依靠“生物再生”的方式，在地外天体或者宇宙飞船中，构建一个类似地球生物圈的小型生态系统。科学家们把这样一个小型生态系统称为“生物再生生命保障系统”。它通过构建由植物、动物、微生物组成的人工生态系统，让人类生活所必需的物质在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。在这样一个系统真正飞向太空之前，需要在地面构建一个一模一样的系统，进行一系列集成试验研究，为将来人类真正在太空居住提供保障，“月宫一号”——一个模拟生态系统就应运而生了。中国科学院微生物所研究员刘志恒也认为：“这项实验的成功，为我国未来开展进一步的深空探测活动进行了有益的尝试。”再造一个小型世界“月宫一号”分两期建设，目前建成的一期包含了一个植物舱和一个综合舱，总体积约300立方米，可以为3位志愿者提供生命保障。植物舱为60平方米，舱内设计了三层立体栽培，种植面积达69平方米，分隔为两个植物间，可以根据不同植物生长需要独立控制环境条件。综合舱为42平方米，包括3名志愿者的居住间、工作间、洗漱间、废物处理和昆虫间。二期建成后，“月宫一号”将再增加1个植物舱，总面积将达160平米，总体积为500立方米，能够满足4人更高闭合度的生命保障需求。在本次试验中，3名志愿者在“月宫一号”内收获粮食、蔬菜、水果和黄粉虫，并进行加工、食用。对于那些废弃物（如秸秆、人的粪便及食物残渣等），他们则分类收集起来，经过技术处理后，循环用于植物栽培。在综合舱中，人、动物和废物处理产生的富二氧化碳，经过处理后可送达植物舱，供植物光合作用。而植物舱产生的富氧空气经过净化后，又能输送到综合舱供人和动物呼吸。此外，植物舱中植物蒸腾作用产生的冷凝水通过处理后，一部分由系统补充微量元素后送到综合舱满足人的生活用水，其余与净化后的生活废水和尿液一起用于植物栽培。由此，形成一个闭环回路的生命保障系统。就在这样一个人造的小型世界里，科研人员和志愿者成功栽培生产出了小麦、大豆、花生、油莎豆、玉米等5种粮食作物，胡萝卜、豇豆、四季豆、紫叶油菜、油麦菜、茼蒿、马齿苋、苋菜等15种蔬菜作物和1种水果（草莓）。同时，他们还利用植物不可食生物量（经发酵处理的秸秆）培养黄粉虫，为志愿者提供部分动物蛋白。从97%迈向99%5月22日，3名志愿者走出“月宫一号”两天后，做了全面的身体检查。“结果显示一切正常，有的人身体状况比入舱前还好，”刘红笑着说，“比如，进去之前有点高血脂，出来后指标反而正常了。因为他们在舱内的饮食都是遵循科学定制的，里面空气的PM2.5指数总是1。吃得健康，空气又清新，身体能不好么。”虽然此次试验取得了的成功，但刘红和他们的团队仍然没有松懈。在之前的有人实验中，人正常的活动也会影响舱内环境。以二氧化碳浓度为例，人走到哪里，二氧化碳的浓度就会随之升高。因此，为了能够掌握更为精确的实验数据，科研人员还将进行为期10天的无人实验，以调整修正参数，为下一步扩建生物舱，进行4人试验做准备。“月宫一号”现有2个舱室，实现了在系统内循环再生100%的氧气和水，以及55% 的食物，总闭合度达97%。但仍有3%的物质，需要从外界输送进舱。刘红说：“我们想要将闭合度提高到99%，从而能够几乎完全实现舱内的自给自足。在未来的二期试验中，还要增加一名志愿者入舱，并延长志愿者在舱内的停留时间。”“现在1个植物舱内的种植面积是69平方米，平均到每名志愿者身上是23平方米。增加一个植物舱后，种植面积会扩大，平均每个人是30平方米，供给能力会好得多。”刘红对“月宫一号”的未来充满信心。（胡逢超）

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