月宫归来
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2018年05月16日 星期三

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月宫归来

中国掌握人类在地外星球长期生存所需关键技术



  “月宫365”实验历时370天 刷新人类密闭生存世界纪录

  随着4位志愿者15日走出“月宫一号”实验室,北京航空航天大学“月宫365”实验成功结束,再次刷新了人类密闭生存的世界纪录,实验对人类实现地外长期生存具有重大意义。
  “月宫一号”总设计师、北航教授刘红说,实验共历时370天,是世界上时间最长、闭合度最高的生物再生生命保障系统实验,实现了闭合度和生物多样性更高的“人-植物-动物-微生物”四生物链环人工闭合生态系统的长期稳定循环运转,且保持了人员身心健康。
  此次出舱时间比原计划延迟了5天,延迟出舱是“故意”模拟的突发状况,且舱内志愿者事先不知情,主要为研究突发状况下他们的心理状态。
  据刘红介绍,“月宫一号”所使用的生物再生生命保障技术,是保障人类在月球等地外星球长期生存所需关键技术。其团队经过十年努力研制出我国第一个、世界上第三个空间基地生物再生生命保障地基综合实验装置“月宫一号”,使我国成为继俄罗斯、美国后第三个掌握该技术的国家。
  人机与环境工程专家、中国工程院院士王浚表示,实验成功对于人类实现在地外长期生存具有重要理论和实践意义。“月宫一号”积累的经验、技术、成果等将为在月球及其他星球长期驻留和飞船星际飞行提供重要的科技支撑。此外,还可探索该项成果在地球特定地区的推广应用,如缺水地区、高原缺氧和交通极不便地区及提高现有透明温室大棚单位容积产量等。
  刘红说,下一步将在总结分析实验结果的基础上,研制空间站、月球/火星探测器搭载的小型生物再生生命保障系统实验装置,争取搭载机会,通过天地对比分析,获得矫正参数和模型,进一步为该技术应用于太空奠定技术基础。

  “极简生活”

  在舱里生活工作的一年多时间,志愿者们从舱中的“极简生活”中找到了许多美妙之处。
  “我们每天的工作都是按照工作手册的安排进行。每人都有不同的分工,每天需要做什么都很明确。每天早上起床后,我们会测量血压、体温、血氧浓度、脉搏、体重等身体指标,记录后开始洗漱、做早饭,然后开始一天的实验任务。快到中午时开始做午饭,午饭后大家午休一小时,下午继续实验任务。下午四点会有半个小时的茶歇,吃点东西,最主要的是几个人坐在一起说一下一天的工作情况,有哪些收获、遇到了哪些困难,讨论解决办法。五点半开始准备晚餐,晚餐后大家会处理一些没有完成的实验任务。”
  志愿者刘佃磊说:“晚上大家可以骑单车、看书、听英文广播、写毛笔字、玩飞镖、写论文、跟家人发微信等。晚上十一点我们开始洗漱准备上床睡觉。除了正常的工作外,每周还会做心理测试、脑电测试、取健康样品等。”
  志愿者吃的全部是自己种植的绿色无公害食物,现摘现做,新鲜安全好吃,烹饪方式没有煎炸和爆炒,多数是蒸、煮、炖,并且严格按照营养学标准摄入相关营养。“我们在舱内包过饺子、做过月饼,在里面做饭是一种乐趣,当你用自己种植的粮食和蔬菜做出以为做不出来的食物时,会有一种巨大的成就感,会开心好一阵子。”刘佃磊说。
  志愿者喝的水是植物蒸腾作用回收的冷凝水,饮用前经过多次生物处理和膜过滤,质量比饮水机的水要好很多。他们按时起床、睡觉,按时吃饭、工作,严格遵守健康作息规律。
  刘佃磊告诉记者:“我们专心完成实验任务、搞科研,没有外界事物的打扰,内心特别平静,做事效率也特别高,并且会有强烈的满足感和成就感。科研之外我们也会找一些小乐趣,比如我偶尔会变个小魔术,让大家高兴一下。有时我们会一起学习英语、听新闻广播讨论最近的热点话题,这些都成为舱内生活的调剂,带来不少的乐趣。”

  “再生系统”

  “月宫一号”舱内固体废物包括乘员及黄粉虫粪便、植物不可食部分、餐厨垃圾等,其处理和再利用与系统闭合度密切相关。因此,固体废物处理是生物再生生命保障系统中重要的单元。
  “月宫一号”舱内的固体废物采用高温好氧发酵处理,处理后的产物可以作为有机肥施用,发酵过程中产生的二氧化碳也可以通入植物舱,作为植物光合作用的原料。
  人类在太空和月球长期生存离不开生物再生生命保障系统,其中的固体废物处理也必不可少。“月宫一号”开展的科学实验对我国未来的深空探测生命保障具有重要的意义。
  “月宫一号”内部光环境有讲究。工作区和休息区照明采用LED光源。植物舱设计了利于植物生长的特殊光源,工作人员光下操作时佩戴防护眼镜,避免部分光谱对人眼产生的不利刺激。综合舱设计了光纤导光器,可提供科学的动态照明环境,并且去除了对人体有害的部分紫外与红外光谱,提供了促进维生素D合成的中波紫外光以及促进人体血液循环和新陈代谢的近红外光。
  “月宫一号”探究出的科学照明方案,可为载人航天提供参考,未来相关成果还可应用于深海长航,地下和水下设施,大型客机,长期不见太阳光的地下室,无窗的生活、工作和娱乐场所,北方地区的冬季等场景。
  生活在舱内,既无雾霾之忧,又具备两个“绿肺”,富含负氧离子的新鲜空气不断从植物舱输送到综合舱。舱内志愿者每日平均至少在植物舱内工作4-5小时。且综合舱日常空气温度在23度左右,湿度在50%左右,这是人体最适宜温湿度条件。

  链 接

  在“月宫一号”之前,美国和俄罗斯就进行了空间基地生物再生生命保障地基综合实验。

  美国“生物圈2号”

  “生物圈1号”所指的是我们赖以生存的地球生物圈。因此美国亚利桑那州的生态系统起名为“生物圈2号”,建造于1987年到1989年间,目的是模拟地球生物圈。设计人员将地球的大部分生态系统类型按照比例各取一块放到一个密闭系统内部,但是与地球生物圈相比还是非常简单,依靠其自身不能实现自平衡。同时,由于直接利用自然光进行植物培养,系统内部生物过程不能实现人工控制,从而影响系统内部气体再生、物质流动。
  另外,“生物圈2号”失败的原因还在于空气净化方法和结构材料的选择。

  俄罗斯BIOS-3

  在“生物圈2号”之前,俄罗斯于1972年就建立了BIOS-3系统,120平方米、300立方米的不锈钢密闭舱室,采用人工光源,进行了2-3人180天的生命保障实验,实验非常成功。
  “月宫一号”借鉴了俄罗斯的经验和“生物圈2号”的教训,每个生物单元都进行精确定量,按照生态系统的原理进行定量计算和设计,系统可以实现人工调控和物质平衡,从而实现系统的长期稳定运行。

  “开心农场”

  “月宫”种植也有学问

  月宫种植也有学问。
  “月宫一号”实验系统由一个综合舱和两个植物舱组成。舱内种植了多种作物,植物舱一主要种植主食作物。
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