月宮一號

月宮一號

"月宮一號"[1] 是北京航空航天大學建立的空間基地生命保障人工閉合生態系統地基綜合實驗裝置。是為了集成驗證生物再生生命保障系統單元技術、研究系統基礎理論和方法、系統設計理論和方法、系統調控技術而建立的大型地基實驗系統。

"月宮一號",基于生態系統原理將生物技術與工程控製技術有機結合,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,可以在系統內迴圈再生,為人類提供類似地球生態環境的生命保障[2]。

自2004年起,北航劉紅教授經過10年努力研製出我國第一個世界上第三個空間基地生命保障地基綜合實驗裝置"月宮一號",並于2014年5月成功完成了我國首次長期高閉合度集成實驗,密閉實驗持續了105天。使我國此項技術水準與國際最高水準同處于同一水準上。研究成果將為我國今後深空探測生命保障提供理論和基礎技術[3]。

  • 中文名稱
    月宮一號
  • 綜合艙面積
    42平米
  • 原    理
  • 種植面積
    69平米

基本簡介

月宮一號的全稱為空間生命保障人工閉合生態系統實驗裝置,由北京航空航天大學生物與醫學工程學院空間生命科學與生命保障技術中心主任劉紅主持修建。月宮一號將為人類移居月球做準備,密閉的“月宮一號”中會種植糧食、水果和蔬菜,可滿足實驗人員的全部氣體、水和食物的需要。

研發歷程

20世紀90年代,劉紅帶領團隊在國內首次完成了“人-萵苣——— 藻-蠶”地面小型實驗系統。

人類移居月球想象圖人類移居月球想象圖

2012年,中國航天員科研訓練中心主持開展的2人30天B LSS集成技術試驗成功。經過近20年單項關鍵技術攻關,中國建成了BLSS集成實驗平台。試驗突破了“人-植物”氧氣和二氧化碳交換動態平衡調控技術和微生物廢水綜合處理與迴圈利用等多項關鍵技術,大氣、水和食物的閉合度分別達到100%,901%和10 .4%,並證明種植面積為13.5平方米的共生蔬菜能夠提供1人的呼吸用氧,並能清除其呼出的二氧化碳,試驗期間保持了良好的空氣質量。

截至2013年,中國在近20年的研究中,已經完成了人和植物封閉共存的部分自給自足小型實驗,小麥、水稻、大豆、花生、甜椒、胡蘿卜、西紅柿、芫荽等十餘種蔬菜糧食也已經通過了模擬環境的考驗,等待著到月球生長的那天。

2013年10月底,月宮一號全部安裝完成,開始啓動性實驗,科學家將利用‘月宮一號’開展有人密閉實驗研究,建立具有自主智慧產權的、中國特色的月球基地BLSS技術。

2013年11月初,在多國專家參觀了“月宮一號”後,認為它是目前(2013年)世界上最先進的生物再生生命保障地基綜合實驗系統之一,將對生物再生生命保障系統的研究發展做出重大貢獻。

月宮一號將在2014年春節前後向公眾公開。

採用技術

技術功能

空間生物再生生命保障系統(BLSS),國內也稱之為受控生態生命保障系統(CELSS),可支持人類在太空長期健康生活,長達數月甚至數年。這套21世紀初世界上最先進的閉環回路生命保障技術可以被通俗地解釋為,在月球或火星等太空環境中,將有限資源進行反復處理與再生,從而源源不斷地生產食物、氧氣和水,確保為航天員提供最基本的生存必需品。因為航天時從地面向空間補給物資十分昂貴,在美國每千克花費1萬-10萬美元,而到月球和火星的長期空間飛行,幾乎不可能再補給。

受控生態生保系統集成實驗平台內的植物受控生態生保系統集成實驗平台內的植物

在科學家基于空間環境特點,人工設計建造的密閉微生態迴圈系統中,綠色植物,尤其是蔬菜,承擔了主要節點的重任。光合作用下,綠色植物提供食物和氧氣,又將二氧化碳和其他廢物“變廢為寶”,植物還是水凈化的功臣,根系吸收和葉片蒸騰參與系統的水迴圈。微生物則擔負著下遊的收尾工作,降解植物不可食用部分、乘員排泄物和生活廢水等,使他們再生為植物提供水分和養料,為動物提供部分食品,使食物再生迴圈。

植物的選擇

BLSS中的植物,需要滿足一系列在狹小、密閉、微重力、超真空、強輻射的空間環境生存特點,還要能發揮食物生產、大氣再生與凈化、水分再生與凈化和廢物處理與再生等一種或幾種作用。

植物是整個生保系統的核心部分,篩選的植物合適與否在很大程度上決定著試驗的成敗。那些體積小、培養技術簡單、易于繁殖和移植,遺傳性狀穩定、生長快、周期短、產量高、可食部分比值高,抗病和抗逆性強的植物優先被挑選,科學家還註意到,主要作為食物的它們,要符合人們的飲食文化習慣,並能滿足食譜的多樣化,還要具備一些本國特點。

微生物領域的金針菇、平菇、酵母菌,藻類中的螺旋藻、小球藻等,還有研究中中國首次引入的水生蕨類植物紅萍成為科學家選中的第一批實驗者。中國把目標集中在葉菜類上。1997年,中國航天醫學工程研究院聯合中科院的多家研究所進行了植物選育,從十幾種葉菜類蔬菜中選出生菜、油菜、白菜和豌豆苗,實驗證實,其中更符合中國人口味的油菜和白菜被認為是非常理想的“太空食品”。而豌豆幼苗則勉強通過了密閉環境的考驗。

相關詞條