时间：2022-12-07 12:55:00 | 浏览：70
今日，在中国北京航空航天大学校园内，三位乘员谢倍珍（舰长）、董琛、王敏娟伴随着众人的掌声，微笑着从“月宫一号”密闭舱中走出来。至此，他们在“月宫一号”内进行的为期105天的科学试验获得圆满成功。“月宫一号”即“月球基地生命保障人工闭合生态系统地基实验装置”试验成功在我国属首次，世界上只有美国和俄罗斯掌握该技术。
“月宫一号”是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工闭合生态系统，人类生活所必需的物质，如氧气、水和食物，可以在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。
“月宫一号”总设计师、首席科学家、北航生物与医学工程学院刘红教授介绍，“月宫一号”由1个综合舱和2个植物舱组成，总面积160平米，总体积500立方米。其中综合舱包括居住间、人员交流和工作间、洗漱间、废物处理和昆虫间。每个植物舱分隔为2个植物间，可以根据不同植物生长需要独立控制环境条件。据悉，“月宫一号”分两期建设，目前建成的是一期。一期包含了一个植物舱(60平米，三层立体栽培，种植面积69平米）和一个综合舱（42平米），总体积约300立方米，可以为3位志愿者提供生命保障；此后二期再升级并扩建1个植物舱，可满足4人更高闭合度的生命保障需求。刘红教授介绍说，“‘月宫一号’将开展系列试验研究，为日后我国空间站作业和探索月球提供技术基础，同时还将用于研究地球生态系统物质循环机制，为地球生物圈的可持续发展作贡献。”
“月宫一号”的核心即为生物再生生命保障系统（BLSS），这是目前世界上最先进的闭环回路生命保障技术，也是人类实现在外太空长期生存的核心技术。其特点是载人飞行器进入外太空后可以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实现再生，航天员可长期在站内工作和生活，使得长期载人航天和行星探测成为可能。因此，俄罗斯、美国、日本和欧洲等航天大国都在该项技术研究上投入大量人力、物力，先后建立了不同类型的生物再生生命保障地面综合实验研究装置（系统）。
近年来，随着载人航天技术的飞速发展，“建成具有自主知识产权的生物再生式生命保障系统，解决建立月球基地生态环境中的关键性理论与技术问题，为建立火星长期居住基地解决生态生命保障问题”被列为我国空间科技发展的战略目标之一。尽管我国的BLSS研究取得了一定的成果，但与其他航天大国相比，在相关领域的研究仍处于比较滞后的阶段。直至2013年，我国所进行的BLSS集成试验，基本上利用植物解决了人在封闭环境下的呼吸问题，但是真正意义上的可实现满足人的主要营养需求、高闭合度的生物再生系统密闭实验还尚未开展。
自2004年起，北航刘红教授团队瞄准国家载人深空探测重大需求，怀揣着月球梦，团结协作，坚韧拼搏，经过近10年的执着奋斗，系统开展了BLSS从单元关键技术到系统基础理论与系统基础调控方法的研究，建立了面向空间生命保障的BLSS基本理论和技术体系及研究方法，2013年10月集成所取得的理论和技术研制出地基综合试验系统——“月宫一号”，2014年1月-5月成功进行了我国首次长期高闭合度集成试验，密闭试验持续了105天。特别值得一提的是，从“月宫一号”的理论和技术研究、舱室系统的工程设计、施工组织和质量监督、系统内关键设备安装、系统联合调试到长期多人密闭科学技术实验均由刘红教授的26人团队完成。
在“月宫一号”首次长期高闭合度集成试验中，在植物舱中完全人工控制的环境下，栽培筛选出的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）。利用植物不可食生物量培养黄粉虫为人提供部分动物蛋白。在“月宫一号”中实验的志愿者，收获粮食、蔬菜、水果和黄粉虫在系统中自己进行加工并食用，而不可食用生物量（如秸秆）与人的粪及食物残渣等废物一起采用所研发的生物技术处理制备类土壤基质循环用于植物栽培。综合舱中人、动物和废物处理产生的富二氧化碳空气经过净化后送达植物舱，供植物光合作用；植物舱产生的富氧空气经空气净化后送到综合舱供人和动物呼吸，并提供废物处理所需氧气。植物舱中植物蒸腾作用产生的冷凝水通过净化后，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，形成一个闭环回路生命保障系统。
在本次长期多人高闭合度集成试验中，实现了在系统内循环再生100%的氧气和水，55%食物，“月宫一号”实验系统的总闭合度达到了97%。通过本次试验，确立了BLSS设计构建方法，初步建立了系统中物质动态平衡调控技术、共生植物优化配置与动植物高效培养技术以及废物的高效循环利用技术。发现了新的气体平衡调控方法；发现了空气中CO2浓度变化对植物暗呼吸、光合以及人的呼吸的影响量化规律；明确了生物再生生命保障系统今后的研究发展方向。
“月宫一号”是我国建立的第一个、世界上第三个生物再生生命保障地基有人综合密闭实验系统。正如国际同行专家评价，“月宫一号是目前世界上最先进的地基试验系统之一“，“月宫一号”的建立使我国在生物再生生命保障领域的研究水平进入到国际最先进行列，对保障我国载人登月、月球基地及火星探测等航天计划的顺利进行、保障航天员生命安全和生活质量具有重大意义。（记者 董洪亮）