“月宮一號”密閉循環基地建成 為長期載人航天及登月做準備

《南方都市報》今天刊文介紹了我國的生態生保集成試驗設施，並暱稱其為“月宮1號”。這個設施曾在今年12月進行了首次30天的試驗。下一步，我國將開始建設類似美國“生物圈2號”的更完整的實驗設施。與“生物圈2號”相比，中國的“月宮1號”最大特點是……吃得好。下面，我們來看看這個設施能為參加試驗的宇航員提供什麼美味？

“生態1號”實驗設施內種植生菜、油麥菜等四種植物，都能吃

據中國載人航天工程網12月1日報道，歷時30天的我國首次受控生態生保集成試驗於近日完成各項科學試驗，獲得圓滿成功。此次試驗驗證了我國自主研製的受控生態生保系統集成實驗平台，標誌着中國航天員科研訓練中心在受控生態生保技術研究領域邁出重要一步。

參試乘員唐永康（右）、米濤（左）圓滿完成試驗、順利出艙

航天員科研訓練中心領導參加出艙儀式

開展長時間、遠距離和多乘員的載人深空探測和地外星球定居是未來航天技術發展的必然方向，而建立受控生態生保系統是解決其生命保障問題的根本途徑。為此，中國航天員科研訓練中心於2011年首次在我國建成了受控生態生保系統集成實驗平台。受控生態生保系統又稱生物再生式生保系統，主要通過高等植物和微藻為乘員生產食物、氧氣和水，並去除乘員產生的二氧化碳等氣體；通過飼養動物為乘員提供動物蛋白；通過微生物的分解作用，將系統內的廢物轉化為可再利用的物質，從而實現系統內物質的完全閉合循環。與其它生保系統相比，該系統的最大特點是物質閉合程度高，能實現系統內食物、氧氣和水等基本生保物質的全部再生，可大大減少地面的後勤補給，為乘員提供一個鮮活的綠色環境，並調節其心理狀態。

受控生態生保系統集成實驗平台具備氧氣應急補充、二氧化碳應急去除、大氣微量有害氣體淨化、睡眠保障、衞生保障、醫學保障、安全保障等功能，艙內大氣環境、光照和營養條件等參數均實現自動控制，確保了參試乘員的安全、健康與舒適。

此次試驗重點研究密閉系統中人與植物間的氧氣、二氧化碳、水等物質的動態平衡調控機制，並掌握就地供應乘員新鮮食物的方法，是我國首次開展受控生態生保系統整合研究。該平台植物培養總面積為36平方米，包括生菜、油麥菜、紫背天葵、苦菊四種可食用蔬菜，主要用於為2名參試乘員提供呼吸用氧，並吸收乘員呼出的二氧化碳，在試驗過程中，每名乘員每餐還可親手採摘並食用新鮮蔬菜30-50克。

17時04分20秒，北京航天城內，隨着一聲“開艙”的口令，中國航天員中心唐永康、米濤結束為期30天的封閉試驗，順利走出我國首次受控生態生保系統試驗平台密封艙。與其他密封艙需要外部供氧不同，這個艙體內的氧氣完全由其搭載的4種蔬菜產生。專家表示，試驗成功標誌着我國載人深空探測和建立月球基地的基礎保障技術已經攻克。

中國月球基地將種小麥養海蔘

“既然是‘生物圈’，就要能循環起來，既能提供航天員氧氣和食物，也能消化航天員的代謝產物。”郭雙生説，在試驗艙內，乘員的尿液也被收集起來，經淨化成為純水，一部分用於澆灌植物，一部分用於電解產生氧氣。據介紹，試驗艙內，冷凝水實現了100%回收利用，衞生廢水和尿液回用率也達到了60%。

中國航天員中心副總師高峯告訴記者，回用尿液淨化技術已經成熟，但考慮到航天員的心理感受，不會給他們喝用尿液淨化得來的水。據悉，美俄等國家的空間站上，同樣沒有給航天員飲用尿液淨化得來的水。但技術人員告訴記者，在極度缺水的情況下，可以收集植物蒸發出的水應急。

記者瞭解到，中國航天員中心還將建設更大規模的太空生態園，可以滿足最多8人、數月乃至數年的物質閉合循環試驗研究，為將來建立月球或火星基地生命保障系統提供技術支撐。

“不只是蔬菜，未來的生態園和外星基地中還會種小麥、養動物。航天員可以親手收割並把小麥磨成麪粉，製成麪包、饅頭，還可以包餃子。”郭雙生説，由於要長期駐守在地外星球，糧食的種植是必須攻克的技術關。而太空中養殖的動物，將優選無異味兒的水生動物，入選的魚類等還要少骨、少刺、生長快，最好全部都能食用，為航天員提供動物蛋白質。泥鰍、海蔘等都是目前的備選品種。

一公斤蔬菜 成本上萬元

一進密封門，就是大約18平方米的乘員艙。這個艙室的佈局與“筒子樓”房間幾乎相同。進門左手邊是醫監醫保設備，乘員還可以在這裏用餐。緊挨着的是一台跑步機，旁邊還放着拉力器和有氧訓練儀等。

右手邊的景象，則與普通的大學生宿舍沒什麼兩樣。兩張雙層牀，上面是牀鋪，下面裝有寫字枱，參試乘員就在這裏上網、看書。挨着牀鋪的，是密閉淋浴室，“洗澡是每天最享受的時間”。記者看到，艙內的廚房是開放式的，只能用微波爐加熱一些預包裝食品，絕對不能進行炒菜等易產生油煙、蒸汽和廢氣的操作。

在“灶台”附近有一扇小門，穿過去就是36平方米的植物培養艙。這裏種植的蔬菜並不像農田裏一樣種在土壤上，而都採用無土栽培和滴灌技術。穿行其間，就像漫步在充滿負離子的貨架當中。

“別小瞧這些菜，種好它們，費了好大的勁兒！”科研人員告訴記者，由於要模擬太空狀態，種植這些蔬菜要突破低氣壓、人工光照、人工土壤製備、微藻、廢水循環、緩釋肥料等多種技術。一公斤蔬菜的種植成本甚至高達上萬元。

美國“生物圈2號”裏生活的試驗員能吃些啥？

此前，美國出於類似目的曾製造“生物圈2號”進行試驗，在這個設施內，他們有什麼能吃的呢？

美國“生物圈2號”實驗設施外景

我們可以看看：

蔬菜：菜豆、 甜菜葉、 甜菜根、 胡椒、胡蘿蔔、 辣椒、 甘藍、黃瓜、茄子、羽衣甘藍、生菜、洋葱、小白菜、雪豆、南瓜籽、西葫蘆、瑞士甜菜、甘薯葉、番茄、冬瓜；糧食：水稻、高粱、小麥；澱粉類蔬菜：白薯、甘薯、馬蘭加、薯蕷；高脂肪豆類：花生、大豆；低脂肪豆類：蠶豆、蠶豆；水果：蘋果、香蕉、無花果、番石榴、金柑、檸檬、酸橙、柑桔、番木瓜；動物產品：山羊奶、山羊肉、豬肉、魚、蛋、雞肉

“生物圈2號”密閉後建立的農業系統平均提供8人80%的營養需要，包括穀物、豆類和蔬菜，但密閉後的前幾個月需食用密閉前種植的食物（其餘20%的營養需要）。由於圈內缺乏紫外線輻射，因此，必須 補充維生素B12和維生素D。肉類很少，蛋每人每週平均一個。前10個月的平均食物熱量卡值限制在2000Cal/d（1Cal合4.18J），後來增加到2200Cal/d。

與“生物圈2號”對比，目前“生態1號”在食物數量和種類方面還有相當差距，不過我國專家選擇的食用動植物的“味覺”價值似乎要比美國同行們的選擇更好。

中國這次的“生態1號”實驗設施主要解決的關鍵問題還是氧氣循環。

13.5㎡綠植可為1名航天員供氧

實現遠距離或長時間的載人深空探測、地外星球定居，首先要保障的就是航天員的人體循環。“昨天完成的試驗，大氣、水和食物的閉合度分別達到100%、85%和15%。”試驗負責人、中國航天員中心研究員郭雙生興奮地説，今後，中國的宇宙飛船和空間站及未來的月球基地都不必再為攜帶大量製氧劑和生活物資而發愁了。

唐永康、米濤兩人在過去的30天裏，生活在總面積54平方米的密閉艙內，模擬了航天員在太空的生存環境。他們的生活空間，除了18平方米的乘員艙，還有36平方米的植物培養艙，種植了生菜、油麥菜、紫背天葵和苦菊4種蔬菜。在數盞LED燈光的照射下，這些植物通過光合作用，淨化艙內乘員呼出的二氧化碳，使艙室內的氧氣和二氧化碳保持動態平衡。

據介紹，此前神舟飛船和天宮一號目標飛行器均使用高壓氧氣瓶供氧或電解制氧，維持航天員生命。淨化航天員呼出的二氧化碳則使用化學藥劑等完成。未來用植物供氧的太空艙內，高壓氧氣瓶和製氧藥劑將成為應急物品，只在二氧化碳濃度超限時使用。

密閉艙內，人的活動對氧氣含量影響明顯。試驗數據顯示，每天參試乘員上牀休息後，艙內氧氣含量就會明顯升高。而早上唐永康、米濤起牀開始刷牙時，艙內含氧量就會隨之降低，兩人開展有氧體能訓練時艙內的氧氣含量最低。中國航天員中心副主任鄧一兵表示，目前可以確定，每13.5平方米綠色植物可為1名中國航天員提供足夠的氧氣。

在製氧綠植的選擇上，科研人員也煞費苦心。郭雙生説，本次試驗選擇的生菜等4種蔬菜的氧氣轉化效率最優，也就是説同等種植面積下可以吸收最多的二氧化碳，釋放出最多的氧氣。而培養艙內的紫紅色LED燈光也是根據這4種蔬菜對光譜、光質的“偏愛”確定的。

密封艙可建在南沙島礁等孤島上

科研人員已經在為“人造生物圈”選址了。郭雙生説，植物在太空中仍需要人工照明完成光合作用，加之要防止隕石、強輻射等，地下和半地下將是“人造生物圈”在地外星球上的首選。著名科學家歐陽自遠認為，可在月球環形山的半山腰建造窯洞安置“人造生物圈”。到時，可利用月球上豐富的氦資源，以核電和太陽能為能源維持“人造生物圈”的運行。

此外專家還表示，在地球上，“人造生物圈”也有多種用途。在南北極科考站，核潛艇、航母和遠洋作業船上，在南沙島礁中的孤島和邊防哨所等特殊環境中，都可建立微生態循環系統，提供新鮮蔬菜，改善生活環境，緩解駐守人員的心理壓力。

此外，試驗中還穿插進行了密閉生態系統中的植物生理、乘員生物節律與熱反應、中醫辨證，以及心理學、工效學、食品營養學、環境醫學監測與評價、醫監醫保和空間站衞生清潔制度驗證等方面的科學試驗。同時，與德國合作開展了密閉環境中的乘員核心體温生物節律研究。

在舉行了簡單的出艙儀式後，航天員科研訓練中心副主任鄧一兵向大家介紹了試驗情況，他説，此次試驗首次突破“人-植物”大氣氧和二氧化碳交換動態平衡調控技術，微生物廢水綜合處理和循環利用等多項關鍵技術，大氣、水和食物的閉合度分別達到100%、85%和15%。

該試驗的成功，為我國未來空間站受控生態生保飛行驗證奠定了基礎，通過在空間站培養植物，可為在軌航天員提供新鮮蔬菜，改善生活環境，緩解心理壓力。