核心提示：5月20日上午10點(diǎn)18分，在眾人的掌聲中，“月宮一號”的艙門緩緩開啟，謝倍珍、王敏娟和董琛3名志愿者先后走出艙門。一臉微笑的他們一出艙門就向大家送上了“禮物”，那是他們的勞動(dòng)成果，一包包蔬菜和糧食，里面有毛豆、胡蘿卜、生菜、空心菜、玉米、小麥……這標(biāo)志著長達(dá)105天的密閉實(shí)驗(yàn)取得了圓滿成功。
那么，月宮一號是什么？它如何運(yùn)作？此次試驗(yàn)又有什么意義呢？

“月宮一號”二期結(jié)構(gòu)示意圖

“月宮一號”是什么
“月宮一號”是一個(gè)類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)，是北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院劉紅教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，集成10年來的研究成果構(gòu)建的我國第一個(gè)、世界第三個(gè)生物再生生命保障地基有人綜合密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
為什么要建“月宮一號”呢？這是人類長時(shí)間、遠(yuǎn)距離太空探索的前提。航天員離開地球，要在遙遠(yuǎn)的太空中生存，離不開氧氣、水和食物。而在我國神舟系列飛船里，航天員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。即使是長期在軌運(yùn)行的國際空間站，也必須定期進(jìn)行物資補(bǔ)給。
然而，如果人類在未來進(jìn)行更長時(shí)間、更遠(yuǎn)距離的太空探索，例如建設(shè)月球基地、火星基地等，由于路途遙遠(yuǎn)，食物完全通過攜帶儲存供給或進(jìn)行地面定期補(bǔ)給，將變得十分昂貴且很難實(shí)現(xiàn)。在劉紅看來，最行之有效的解決辦法就是依靠“生物再生”的方式，在地外天體或者宇宙飛船中，構(gòu)建一個(gè)類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)。
科學(xué)家們把這樣一個(gè)小型生態(tài)系統(tǒng)稱為“生物再生生命保障系統(tǒng)”。它通過構(gòu)建由植物、動(dòng)物、微生物組成的人工生態(tài)系統(tǒng)，讓人類生活所必需的物質(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(gè)系統(tǒng)真正飛向太空之前，需要在地面構(gòu)建一個(gè)一模一樣的系統(tǒng)，進(jìn)行一系列集成試驗(yàn)研究，為將來人類真正在太空居住提供保障，“月宮一號”——一個(gè)模擬生態(tài)系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生了。
中國科學(xué)院微生物所研究員劉志恒也認(rèn)為：“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成功，為我國未來開展進(jìn)一步的深空探測活動(dòng)進(jìn)行了有益的嘗試?！?br />再造一個(gè)小型世界
“月宮一號”分兩期建設(shè)，目前建成的一期包含了一個(gè)植物艙和一個(gè)綜合艙，總體積約300立方米，可以為3位志愿者提供生命保障。
植物艙為60平方米，艙內(nèi)設(shè)計(jì)了三層立體栽培，種植面積達(dá)69平方米，分隔為兩個(gè)植物間，可以根據(jù)不同植物生長需要獨(dú)立控制環(huán)境條件。綜合艙為42平方米，包括3名志愿者的居住間、工作間、洗漱間、廢物處理和昆蟲間。二期建成后，“月宮一號”將再增加1個(gè)植物艙，總面積將達(dá)160平米，總體積為500立方米，能夠滿足4人更高閉合度的生命保障需求。
在本次試驗(yàn)中，3名志愿者在“月宮一號”內(nèi)收獲糧食、蔬菜、水果和黃粉蟲，并進(jìn)行加工、食用。對于那些廢棄物（如秸稈、人的糞便及食物殘?jiān)龋?，他們則分類收集起來，經(jīng)過技術(shù)處理后，循環(huán)用于植物栽培。
在綜合艙中，人、動(dòng)物和廢物處理產(chǎn)生的富二氧化碳，經(jīng)過處理后可送達(dá)植物艙，供植物光合作用。而植物艙產(chǎn)生的富氧空氣經(jīng)過凈化后，又能輸送到綜合艙供人和動(dòng)物呼吸。此外，植物艙中植物蒸騰作用產(chǎn)生的冷凝水通過處理后，一部分由系統(tǒng)補(bǔ)充微量元素后送到綜合艙滿足人的生活用水，其余與凈化后的生活廢水和尿液一起用于植物栽培。由此，形成一個(gè)閉環(huán)回路的生命保障系統(tǒng)。
就在這樣一個(gè)人造的小型世界里，科研人員和志愿者成功栽培生產(chǎn)出了小麥、大豆、花生、油莎豆、玉米等5種糧食作物，胡蘿卜、豇豆、四季豆、紫葉油菜、油麥菜、茼蒿、馬齒莧、莧菜等15種蔬菜作物和1種水果（草莓）。同時(shí)，他們還利用植物不可食生物量（經(jīng)發(fā)酵處理的秸稈）培養(yǎng)黃粉蟲，為志愿者提供部分動(dòng)物蛋白。
從97%邁向99%
5月22日，3名志愿者走出“月宮一號”兩天后，做了全面的身體檢查?！敖Y(jié)果顯示一切正常，有的人身體狀況比入艙前還好，”劉紅笑著說，“比如，進(jìn)去之前有點(diǎn)高血脂，出來后指標(biāo)反而正常了。因?yàn)樗麄冊谂搩?nèi)的飲食都是遵循科學(xué)定制的，里面空氣的PM2.5指數(shù)總是1。吃得健康，空氣又清新，身體能不好么?！?br />雖然此次試驗(yàn)取得了的成功，但劉紅和他們的團(tuán)隊(duì)仍然沒有松懈。在之前的有人實(shí)驗(yàn)中，人正常的活動(dòng)也會影響艙內(nèi)環(huán)境。以二氧化碳濃度為例，人走到哪里，二氧化碳的濃度就會隨之升高。因此，為了能夠掌握更為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科研人員還將進(jìn)行為期10天的無人實(shí)驗(yàn)，以調(diào)整修正參數(shù)，為下一步擴(kuò)建生物艙，進(jìn)行4人試驗(yàn)做準(zhǔn)備。
“月宮一號”現(xiàn)有2個(gè)艙室，實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生100%的氧氣和水，以及55% 的食物，總閉合度達(dá)97%。但仍有3%的物質(zhì)，需要從外界輸送進(jìn)艙。劉紅說：“我們想要將閉合度提高到99%，從而能夠幾乎完全實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)的自給自足。在未來的二期試驗(yàn)中，還要增加一名志愿者入艙，并延長志愿者在艙內(nèi)的停留時(shí)間?！?br />“現(xiàn)在1個(gè)植物艙內(nèi)的種植面積是69平方米，平均到每名志愿者身上是23平方米。增加一個(gè)植物艙后，種植面積會擴(kuò)大，平均每個(gè)人是30平方米，供給能力會好得多?！眲⒓t對“月宮一號”的未來充滿信心。（胡逢超）