“月宮一號”項目

“月宮一號”是北京航空航天大學(xué)建立的空間基地生命保障人工閉合生態(tài)系統(tǒng)地基綜合實驗裝置，是一個密閉艙系統(tǒng)，用于開展月球基地生命保障系統(tǒng)的地基試驗研究。

“月宮一號”是基于生態(tài)系統(tǒng)原理將生物技術(shù)與工程控制技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建由植物、動物、微生物組成的人工閉合生態(tài)系統(tǒng)，人類生活所必需的物質(zhì)，如氧氣、水和食物，可以在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，為人類提供類似地球生態(tài)環(huán)境的生命保障。

“月宮一號”是一個密封的系統(tǒng)，也就是說，在實驗運行期間，與外界不發(fā)生氣體交換。已建成并投入實驗的“月宮一號”一期包含了一個植物艙(58平米，三層立體栽培，種植面積69平米）和一個綜合艙（42平米），可以為3位志愿者提供生命保障。

“月宮一號”成果于2014年入選“新中國65年十大引智成果”，且排名第三，并于2015年入選“中國高等學(xué)校十大科技進展”。

項目背景

隨著載人航天技術(shù)的飛速發(fā)展，“建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物再生生命保障系統(tǒng)，解決建立月球基地生態(tài)環(huán)境中的關(guān)鍵性理論與技術(shù)問題，為建立火星長期居住基地解決生態(tài)生命保障問題”被列為我國空間科技發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)之一。

盡管我國的生物再生生命保障系統(tǒng)研究取得了一定的成果，但與其他航天大國相比，在相關(guān)領(lǐng)域的研究仍處于比較滯后的階段。直至2013年，我國所進行的生物再生生命保障系統(tǒng)集成試驗，基本上利用植物解決了人在封閉環(huán)境下的呼吸問題，但是真正意義上的可實現(xiàn)滿足人的主要營養(yǎng)需求、高閉合度的生物再生系統(tǒng)密閉實驗還尚未開展。

自2004年起，北航劉紅教授團隊瞄準國家載人深空探測重大需求，懷揣著月球夢，團結(jié)協(xié)作，堅韌拼搏，經(jīng)過近10年的執(zhí)著奮斗，系統(tǒng)開展了BLSS從單元關(guān)鍵技術(shù)到系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與系統(tǒng)基礎(chǔ)調(diào)控方法的研究，建立了面向空間生命保障的BLSS基本理論和技術(shù)體系及研究方法，2013年10月研制出地基綜合試驗系統(tǒng)——“月宮一號”，2014年1月-5月成功進行了我國首次長期高閉合度集成試驗，密閉試驗持續(xù)了105天，研究結(jié)果將為我國今后深空探測生命保障提供理論和基礎(chǔ)技術(shù)。

月球基地生命保障系統(tǒng)

宇航員要離開地球，在遙遠的太空中生存，離不開氧氣、水和食物。

在我國神舟系列飛船、國際空間站、蘇聯(lián)/俄羅斯和平號空間站中，通常會攜帶全部物資，或通過物理化學(xué)方式再生氧氣和水，而宇航員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。然而，如果人類在不遠的未來，進行更長時間、更遠距離的太空探索，例如構(gòu)建月球、火星基地，由于路途遙遠，食物完全通過攜帶儲存供給，或進行地面定期補給將變得十分昂貴且很難實現(xiàn)。因此，僅僅依靠攜帶或物理化學(xué)再生方式滿足生命保障需求，載人深空探索幾乎不可能實現(xiàn)。

解決辦法是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飛向火星的飛船中，構(gòu)建一個類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)?？茖W(xué)家們把這樣一個小型生態(tài)系統(tǒng)稱為“生物再生生命保障系統(tǒng)”。“生物再生生命保障系統(tǒng)”是基于生態(tài)系統(tǒng)原理將生物技術(shù)與工程控制技術(shù)有機結(jié)合，構(gòu)建由植物、動物、微生物組成的人工生態(tài)系統(tǒng)，人類生活所必需物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，為人類提供類似地球生態(tài)環(huán)境的生命保障。

在這樣一個系統(tǒng)真正飛向太空之前，我們需要在地面構(gòu)建一個一模一樣系統(tǒng)，進行一系列實驗研究，為將來人類真正在太空居住提供保障。因此，北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院環(huán)境生物學(xué)與生命保障技術(shù)實驗室劉紅教授研究團隊，集成近10年來的研究成果，構(gòu)建了我國第一個、世界第三個生物再生生命保障地基有人綜合實驗系統(tǒng)——空間基地生命保障人工閉合生態(tài)系統(tǒng)地基綜合實驗裝置“月宮一號”。目前正在開展105天密閉有人實驗，今后還將擴建并陸續(xù)開展系列有人實驗，為月球基地等深空探測活動提供技術(shù)支撐。

“月宮一號”是一個密封的系統(tǒng)，也就是說，在實驗運行期間，與外界不發(fā)生氣體交換。已建成并投入實驗的“月宮一號”一期包含了一個植物艙(58平米，三層立體栽培，種植面積69平米）和一個綜合艙（42平米），可以為3位志愿者提供生命保障。

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在“月宮一號”的生物再生生命保障系統(tǒng)中，栽培了糧食作物、蔬菜和水果，飼養(yǎng)了動物（黃粉蟲），還有微生物來降解廢物。植物不僅能夠給宇航員提供食物，還可以通過光合作用產(chǎn)生氧氣、通過蒸騰作用獲得純凈的飲用水。植物中人不吃的部分，比如作物的秸稈、蔬菜的根和老葉敗葉，可以被用來飼養(yǎng)動物，為宇航員提供優(yōu)質(zhì)的蛋白和更合理的氨基酸配比。最后，剩下的植物不可食部分，人的排泄廢物，廚余/生活垃圾，被送進微生物降解環(huán)節(jié)，微生物可以分解被固定的碳，變成二氧化碳進入到空氣中重新被植物利用進行光合作用；從尿液中回收水和氮素以及經(jīng)過生物凈化后的衛(wèi)生廢水，用于灌溉培養(yǎng)植物。植物吸收了這些廢物處理產(chǎn)生的二氧化碳和水，又可以不斷生長出新的食物。這樣，就形成了“月宮一號”里物質(zhì)的閉合循環(huán)。

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轉(zhuǎn)載自：

北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院環(huán)境生物學(xué)與生命保障技術(shù)研究所.空間基地生物再生生命保障地基綜合實驗裝置項目簡介[EB/OL].??http://www.lss-lab.bme.buaa.edu.cn/ygyh/xmjj.htm?