澎湃新闻:北京航空航天大学“月宫”370天生存揭秘:种菜吃虫,氧气和水全部循环再生

点击数:    |    加入时间:2018-05-15

澎湃新闻2018年5月15日报道:

北京航空航天大学“月宫”370天生存揭秘:种菜吃虫,氧气和水全部循环再生

“月宫一号”


5月15日,“月宫一号”370天封闭实验在北京航空航天大学开舱,获得圆满成功。
此次名为“月宫365”的实验,实现“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,且保持了参与人员的身心健康。“月宫一号”总设计师、“月宫365”实验首席科学家刘红教授表示,这对于人类实现在地外长期生存无疑是具有重要理论和实践意义的一大步。
370天封闭实验,实现生物链闭合长期稳定循环和人员身心健康,是怎么做到的? 

实验志愿者走出“月宫一号”舱门,他们在长期封闭生存中保持仍身心健康。


氧气和水100%系统内循环再生
生物再生生命保障系统是保障人类在月球/火星等地外星球长期生存所需关键技术。“月宫一号”是北航刘红教授团队发明的空间基地生物再生生命保障系统地基综合实验装置,是我国第一个、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,也是世界上第一个成功的四生物链环的人工闭合生态系统(人-植物-动物-微生物)。
“月宫一号”系统的闭合度和稳定性高于之前的俄罗斯和美国的同类系统,而此前俄罗斯和美国的系统均为人-植物的两生物链环系统。此前国际上此类系统实验持续时间最长的是俄罗斯的BIOS-3的180天实验。
“月宫一号”一期系统于2014年5月20日完成了我国首次长期多人高闭合度集成实验(3人105天),系统闭合度达到97%,人所需的氧气和水100%在系统内循环再生,循环再生了55%的食物。“月宫一号”一期2个舱室的总面积100平米,总体积300立方米,植物种植面积69平米。
2016年“月宫一号”完成了升级和扩建,共有3个舱室,总面积150平米,总体积500立方米,植物种植面积120平米。舱内约150平方米,综合舱居住面积约42平方米,4人居住,6室1厅(4间卧室,1洗漱间,1固废间,1集客厅、工作间、厨房、餐厅多功能一体的交流间);此外,两个大植物园——植物舱I和植物舱II,占地约100平,带储藏室。
“月宫365”实验目的
明晰在不同代谢水平的乘员组合变换、超高负荷冲击、遭遇故障等情况下,生物再生生命保障系统的鲁棒性,进一步验证和完善我们建立的系统长期稳定运行调控技术,并建立该生物系统的可靠性评价方法体系。同时,开展在幽闭环境中绿色植物与光协同调控乘员情绪和心理的方法和技术研究、肠道微生物与心理健康的关系研究等。 

实验志愿者在“月宫一号”种植的蔬菜


“月宫365”食物:黄粉虫
黄粉虫是全球首创具备四生物链环生物再生生命保障系统‘月宫一号’中重要的一环,既能为志愿者提供丰富的可食蛋白,又能降解舱内部分废弃物从而加速物质循环,还起着一定的心理调适的作用。具有营养丰富、部分废弃物处理、培养条件容易满足、食用安全且味道鲜美的特点。1968年,黄粉虫就随着前苏联的太空飞船登上太空(环绕月球的第一艘太空飞船——探测器5号)。
现在,国际上已经开始接受昆虫作为未来的可持续食品源以及太空中宇航员的蛋白食物源。
“月宫365”光源:模拟阳光
“月宫”内部光环境有讲究。工作区和休息区照明采用LED光源,其环保节能、光照均匀的优点,适用于生保系统的长期高效运行。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,避免了部分光谱对人眼产生的不利刺激。
该照明方案,不仅对载人航天有一定的意义,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。解决这些特殊环境条件下人员缺光导致的各种心理和生理问题。也可有助于生物节律退化的部分老年人和时差引起的生物钟紊乱的人群,提高生活质量和工作效率。 

“月宫一号”由三大部分组成


“月宫365”种植:小麦要分批
“月宫”种植也有学问。植物舱Ⅰ的小麦主要栽培于三层植物架上,栽培面积共为60平方米,分30批。但这30批小麦并不是同一时间种的,而是按照一定时间间隔分批种植。
由于种植的时间不同,因此我们能看见处于不同生长周期的小麦。由于不同小麦处于不同状态,它们的光合作用速率也不一样。因此每次收获之后就要马上再次播种,保证生长周期内各个状态的连续性,也保证光合作用吸收二氧化碳呼出氧气的稳定性与持续性。
“月宫365”骑单车:保持人员健康
健身单车是月宫一号舱内志愿者的日常锻炼器械。在空间站或者月球基地等微重力环境下,人体的肌肉系统与骨骼系统会发生一些变化,最典型的表现就是腿部肌肉萎缩以及骨质疏松。志愿者们在月宫一号密闭实验舱中活动范围也相对较小,进行操作也是主要依靠上肢,对下肢的锻炼相对较少,长时间可能会造成腿部肌肉与骨质的流失。此时,单车的作用就体现出来了。
单车在月宫365实验中还承担了一项重要任务,那就是志愿者呼吸状态的测定。测试志愿者们在不同阻尼下骑行的呼吸状态,可以更精确与定量化地描述代谢水平与身体健康状态,这对载人航天生命保障技术研究具有重要意义。 

编辑:王晴

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