“月宮一號”示意圖。   北京航空航天大學供圖
  5月20日,試驗志願者謝倍珍(中)、王敏娟(右)、董琛(左)出艙前在植物艙內合影。 新華社記者 公 磊攝
  5月20日,“月宮一號”試驗圓滿完成,標志著我國成為繼美國和俄羅斯之後,第三個掌握生物再生生命保障系統核心技術的國家。“月宮一號”究竟如何運作,又有什麼科研意義?本報記者採訪了“月宮一號”總設計師劉紅教授。
  5月20日,北京航空航天大學,三位試驗志願者謝倍珍、董琛、王敏娟從“月宮一號”密閉艙中走出來。至此,他們在“月宮一號”內進行的為期105天的科學試驗獲得圓滿成功。
  對保障航天員生命安全和生活質量具有重大意義
  “月宮一號”總設計師、首席科學家、北航生物與醫學工程學院劉紅教授介紹,“月宮一號”全稱為“月球基地生命保障人工閉合生態系統地基試驗裝置”,它基於生態系統原理將生物技術與工程控制技術有機結合,構建由植物、動物、微生物組成的人工閉合生態系統。人類生活所必需的物質,如氧氣、水和食物,可以在系統內循環再生,為人類提供類似地球生態環境的生命保障。
  劉紅說,“月宮一號”由1個綜合艙和兩個植物艙組成,總面積為160平方米,總體積500立方米。其中,綜合艙包括居住間、工作間、洗漱間、廢物處理間等。每個植物艙分隔為2個植物種植室,可以根據不同植物生長需要獨立控制環境條件。
  自2004年起,北航劉紅團隊開展了“月宮一號”相關研究。從“月宮一號”的理論和技術研究、艙室系統的工程設計、施工組織和質量監督、系統內關鍵設備安裝、系統聯合調試到長期多人密閉科學技術試驗,均由團隊獨立完成,具有完全的自主知識產權。
  “月宮一號”是我國建立的第一個、世界上第三個生物再生生命保障地基有人綜合密閉試驗系統。“月宮一號”的建立使我國在生物再生生命保障領域的研究水平進入國際最先進行列,對保障我國載人登月、月球基地及火星探測等航天計劃的順利進行、保障航天員生命安全和生活質量具有重大意義。
  循環再生100%的氧氣和水
  劉紅教授說,“月宮一號”的核心是生物再生生命保障系統(BLSS)。這是目前世界上最先進的閉環迴路生命保障技術,也是人類實現在外太空長期生存的核心技術。
  在載人飛行器進入外太空後,這個系統可以讓飛行器不再需要或很少需要地面物質支持,氧氣、水和食物在系統內通過生物技術實現再生,航天員可長期在太空工作和生活,使得長期載人航天和行星探測成為可能。
  此次試驗中,在“月宮一號”植物艙人工控制的環境中,試驗團隊栽培篩選出小麥、大豆、玉米等5種糧食作物、15種蔬菜作物和1種水果。
  試驗志願者收穫糧食、蔬菜、水果,自己進行加工並食用。同時,利用植物不可食用生物量(如秸稈)培養黃粉蟲為人提供部分動物蛋白。人的糞便、食物殘渣等廢物經過生物技術處理,也可用於植物栽培。
  綜合艙中人、動物和廢物處理產生的富二氧化碳空氣經過凈化後送達植物艙,供植物光合作用;植物艙產生的富氧空氣經空氣凈化後送到綜合艙供人和動物呼吸,並提供廢物處理所需氧氣。
  植物艙中植物蒸騰作用產生的冷凝水通過凈化,一部分由系統補充微量元素後送到綜合艙滿足人的生活用水,其餘與凈化後的生活廢水和尿液一起用於植物栽培。
  據介紹,本次長期多人高閉合度集成試驗,實現了在系統內循環再生100%的氧氣和水,循環再生55%的食物。“月宮一號”試驗系統的總閉合度達到了97%。
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