“月宮一號(hào)”

曲婷婷

“嫦娥四號(hào)”的發(fā)射，是中國(guó)月球探測(cè)工程中的重要一步。而探月工程，是為載人登月做準(zhǔn)備。雖然我們還沒(méi)有登上月球，但我們的夢(mèng)想更遠(yuǎn)，比如，月球基地。北京航空航天大學(xué)就自主設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬月球基地——“月宮一號(hào)”。這是繼美國(guó)和俄羅斯之后，世界上第三個(gè)生物再生生命保障地基有人綜合密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。今年“月宮一號(hào)”進(jìn)行了一項(xiàng)旨在探索人類在地球之外長(zhǎng)期生存狀況的實(shí)驗(yàn)，8名志愿者分3個(gè)班次輪換，在這個(gè)密閉系統(tǒng)中共生存了370天。這就是原“月宮365”計(jì)劃。

探索密閉生存系統(tǒng)

大家都知道，在太空中是沒(méi)有氧氣、水和食物的，而這些又是人類生存所不可缺少的。想要在太空，或者月球、火星上長(zhǎng)期生存，若食物完全從地球攜帶過(guò)去，或者由地球定期補(bǔ)給，所費(fèi)將十分昂貴，而且難以實(shí)現(xiàn)。最好的解決辦法就是靠“生物再生”，即構(gòu)建一個(gè)類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)——生物再生生命保障系統(tǒng)。這是未來(lái)火星、月球基地等載人深空探測(cè)項(xiàng)目所需的十大關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)此，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)都投入大量的人力、物力、財(cái)力，先后建立了不同類型的生物再生生命保障地面綜合實(shí)驗(yàn)研究裝置。已經(jīng)投入實(shí)驗(yàn)且比較成功的有俄羅斯的“BIOS-3系統(tǒng)”和美國(guó)的“生物圈2號(hào)”。“月宮一號(hào)”也借鑒了這兩個(gè)裝置的經(jīng)驗(yàn)。

密閉生存的挑戰(zhàn)

在“月宮365”計(jì)劃之前，最長(zhǎng)的密閉系統(tǒng)生存紀(jì)錄是由俄羅斯的“BIOS-3系統(tǒng)”創(chuàng)下的180天。生物再生生命保障系統(tǒng)又被稱為“太空農(nóng)場(chǎng)”，在“天宮一號(hào)”這個(gè)“太空農(nóng)場(chǎng)”中，志愿者們是怎么生存的呢？

“月宮一號(hào)”由一個(gè)綜合艙和兩個(gè)植物艙組成，植物艙主要用來(lái)種植植物，而綜合艙就是志愿者們交流、工作和生活的地方。在“月宮一號(hào)”中，運(yùn)行著一個(gè)“人—植物—?jiǎng)游铩⑸铩钡乃纳镦湱h(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，在這個(gè)“太空農(nóng)場(chǎng)”里，除了有“太空農(nóng)夫”外，還有植物、動(dòng)物、微生物三類成員。大家各司其職，都發(fā)揮著不可或缺的作用。

植物可以提供食物，還能通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣。而植物中人類不吃的部分，比如蔬菜的根部和作物的秸稈，可以用來(lái)飼養(yǎng)動(dòng)物，動(dòng)物能夠提供人體所需的蛋白質(zhì)。那么人的排泄廢物、廚余、生活垃圾又該怎么處理呢？這時(shí)候就該微生物登場(chǎng)了！

微生物可以分解這些廢棄物中被固定的碳，使其變成二氧化碳進(jìn)入到空氣中，重新被植物利用進(jìn)行光合作用。從尿液中回收的水和氮元素，加上衛(wèi)生廢水，都可以用于灌溉植物。這樣就形成了一個(gè)物質(zhì)的閉合循環(huán)。此次“月宮365”計(jì)劃栽培篩選出了5種糧食作物、15種蔬菜作物和一種水果。

“月宮一號(hào)”里又飼養(yǎng)了什么動(dòng)物呢？是一種國(guó)際上公認(rèn)的安全可食用的蟲子——黃粉蟲，它的蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%，還含有磷、鉀、鐵等元素和多種微量元素。而炒黃粉蟲就成了一道美味又營(yíng)養(yǎng)豐富的“太空菜”。

“月宮一號(hào)”里的微生物不僅可以用來(lái)降解廢物，有的還充當(dāng)著系統(tǒng)保護(hù)者的角色，比如有的植物抗病微生物可以幫助植物抵抗病害，人體的腸道益生菌群可以幫助人消化。但也存在有害的微生物，比如有一些微生物寄居在艙室關(guān)鍵設(shè)備上腐蝕材料，影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。還有的微生物在環(huán)境發(fā)生改變時(shí)可能變?yōu)橹虏【?。因此，“月宮一號(hào)”要定期檢測(cè)，清除有害的微生物。

就這樣，“太空農(nóng)場(chǎng)”里的四類成員完成了固體物質(zhì)循環(huán)、氣體循環(huán)和水循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了氧氣、水、食物可再生的目標(biāo)，保障了志愿者們“衣食無(wú)憂”。

另外，這個(gè)系統(tǒng)離不開光。地球上的植物通過(guò)陽(yáng)光來(lái)獲取能量，“月宮一號(hào)”里植物則通過(guò)LED光源來(lái)獲取光能。總之，有了這個(gè)“太空農(nóng)場(chǎng)”，以后前往月球、火星的人們，就不用再像《火星救援》中的馬克那樣，艱難地種土豆了。

探索與科普

“月宮 365”計(jì)劃對(duì)志愿者進(jìn)行的長(zhǎng)時(shí)間密閉生存實(shí)驗(yàn)所獲得的人體生理和心理數(shù)據(jù)，以及實(shí)驗(yàn)中的調(diào)控措施和技術(shù)，將會(huì)為未來(lái)的星球基地探索活動(dòng)提供重要的技術(shù)支撐。未來(lái)，科學(xué)家們將會(huì)通過(guò)天地對(duì)比分析，獲得矯正參數(shù)和模型，更好地將這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于太空探索事業(yè)。

對(duì)我們普通人來(lái)說(shuō)，“月宮一號(hào)”更是值得關(guān)注，因?yàn)樗鳛榭破栈?，是向大眾開放的！

目前“月宮一號(hào)”僅支持電子郵件預(yù)約，預(yù)約郵箱：lunarpalace@163.com。怎么樣，你想不想去咱們的月球基地體驗(yàn)一下呢？