“月宫365”:挑战世界纪录的密闭生存实验

Space Exploration - - 中国航天 - □吴琳

从 7 月 9日至今,“月宫365”实验计划的第二组成员已经入住北京学院路“最贵学区房”两个月了,他们避开了大北京的酷暑和间歇性暴雨,在“月宫一号”中过着自给自足的“田园生活”。他们要完成接下来200 天的驻留生存,如果成功则意味着中国志愿者创造了新的纪录。此前,这一纪录为 180天,由俄罗斯创造。

再入“月宫”

“月宫365”实验计划是在“月宫一号”中生活365天,实验人员分两组交替进行,每组4人,第一组60天航,天第英二雄组与2小0学0生天对,话之后第一组再完

成 105 天。

“月宫一号”由北京航空航天大学教授刘红带领团队研制建立,是一个生物再生生命保障系统(简称BLSS)。它是干什么用的呢?

大家知道人类要离开地球在遥远的太空生存,离不开氧气、水和食物。不论是我国的神舟系列飞船还是国际空间站或者苏联/俄罗斯和平号空间站,飞船上天通常会携带全部物资,或通过物理化学方式再生氧气和水,而航天员吃的食物只能一次性携带充足,不能再生。

然而,如果人类在不远的未来进行更长时间、更远距离的太空探索,例如构建月球、火星基地,由于路途遥远,食物完全通过携带或从地面定期补给将变得十分昂贵且很难实现。 解决办法只有依靠“生物再生”——在月球、火星基地或是飞向火星的飞船中,构建一个类似地球生物圈的小型生态系统,即生物再生生命保障系统。

在电影《火星救援》中,主人公马克把部分居住舱改造成了自体循环的小农场,靠种植土豆在火星维生,而真实的太空生存比电影中复杂得多。“月宫一号”正是在地面上模拟未来太空生存保障模式,使进入太空后不再需要或很少需要地面物质支持,氧气、水和食物在系统内通过生物技术再生,航天员可长期在站内工作和生活成为可能。

2014年1月—5月,“月宫一号”完成了 105天的处女秀,实现了我国

首次长期高闭合度集成实验,在此之前,世界上只有美国、俄罗斯掌握这项技术。

如今“月宫365”是在此前实验基础上对系统闭合度、实验周期等实现再突破,还将研究人长期在幽闭环境中的心理变化,以及自然光节律、肠道微生物、不同种类植物对人情绪的影响等。实验人员在入住月宫周记里这样写道:“我们有固定的生物节律、科学的饮食搭配,衣食住行遵循统一要求。”“我们作为实验操作者同时也是实验对象,我们需要对自身取样,从头发丝到尿液粪便,还要定期完成心理和生理测量,我们每个人都是强大的数据库。”

“月宫”生活

生物再生生命保障系统被形象地称为“太空农场”,在“月宫一号”这个农场里,“太空农夫”是如何生活的呢?这要从“月宫一号”的户型结构说起。

“月宫一号”由一个综合舱和两个植物舱组成。综合舱包括居住间(四间卧室)、人员交流和工作间、洗漱间、 废物处理和昆虫间。植物舱采用三层立体栽培方式,使种植面积大幅增加,每个植物舱分隔为两个植物间,可根据不同植物生长需要独立控制环境条件。

简单来说,这个“农场”除了“农夫”外,还住了植物、动物、微生物三类成员,因此,“月宫一号”成为世界上第一个四生物链环的人工闭合生态系统。

植物不仅能够提供食物,还可以通过光合作用产生氧气、通过蒸腾作用获得纯净的饮用水,“月宫一号”大约每天可以收集300升水。植物中人不吃的部分,比如作物的秸秆、蔬菜的根和老叶败叶,可以用来饲养动物,动物能够提供优质蛋白和更合理的氨基酸配比。剩下的植物不可食部分、人的排泄废物、厨余/生活垃圾,被送进微生物降解环节,微生物可以分解被固定的碳,变成二氧化碳进入到空气中重新被植物利用进行光合作用;从尿液中回收水和氮素以及经过生物净化后的卫生废水,用于灌溉培养植物。植物吸收了这些废物处理产 生的二氧化碳和水,又可以不断生长出新的食物。这样就形成了“月宫一号”里物质的闭合循环。

在“月宫一号”首次长期高闭合度集成实验中,栽培筛选出5种粮食作物(小麦、大豆、花生、油莎豆、玉米), 15种蔬菜作物(胡萝卜、豇豆、四季豆、紫叶油菜、紫叶生菜、奶油生菜、油麦菜、茼蒿、马齿苋、苋菜等),1种水果(草莓)。

很多人会有疑问:小麦是季节性作物,产量够吃吗?其实小麦是分批次栽培的,这样既保障了连续不断的食物供给,也能保障氧气的稳定供给。种植小麦的“土壤”是一种经特殊筛选的无机基质,用特制的微孔管产生的负压进行按需供水,这一栽培方式在月球的低重力条件以及空间站的微重力条件下依然可行。“月宫一号”中植物生长所依赖的“太阳”就是LED光源。

“月宫一号”里饲养的动物黄粉虫可以算是明星乘员,它是国际上公认的安全可食用的虫子,含高达60%的蛋白质,还含有磷、钾、铁等常量元素和多种微量元素。在“月宫一号”

▲香港航展上的“月宫一号”模型

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