“我們將科幻變成了科學”

太空生活什麼樣？“月宮一號”團隊告訴你

透過一個泛着紫紅色光的圓形密閉窗口，一名志願者正在種滿植物的實驗艙中做實驗。這是世界頂尖科學雜誌《自然》發佈的2017年最佳科學圖片中的一幅，圖中展現的正是“月宮一號”裏的場景。

如果你看過科幻小説，想象過太空生存，你也許知道，當人類進行長時間、遠距離的深空探測，必須建設一個“地外生命保障系統”，原位循環再生人類生存所需的氧氣、水和食物。而這項技術在應用到空間前，要在地面構建地基模擬實驗驗證系統，進行系統的運行調控技術研究。

在北京航空航天大學，“月宮一號”團隊由此而生。“月宮365”實驗完成了全球最長時間的一次太空艙人工密閉生態系統生存試驗，使中國在載人航天生物再生生命保障領域走在了世界前列。在他們手上，科幻一步步變成了科學。

“在當時看來，這是一個遙遠的夢”

2018年5月15日，是劉慧永遠也忘不了的日子。

當北京航空航天大學校園中的一座白色圓頂建築——“月宮一號”的艙門開啓，劉慧和另外3位志願者走出艙外，把在“月宮”裏種植的大豆、小麥、胡蘿蔔、西紅柿、辣椒等，分發給艙外慶祝的人羣。這意味着“月宮365”實驗成功結束。紀錄片《大國重器》第二季裏介紹“月宮365”實驗時説，全球太空艙生存模擬密閉試驗此前最長的時間是180天，由俄羅斯創造，這次，中國挑戰的目標是365天。

事實上，從2017年5月10日到2018年5月15日，共有2個乘員組的8名志願者在全封閉的“月宮一號”實驗艙中連續駐留370天，比原定的365天又增加了5天，系統閉合程度達98%。

入艙前一晚，有記者問劉慧：是什麼使你有勇氣接受這樣一個長期密閉實驗的任務？她毫不猶豫地回答：是劉紅教授十年磨一劍的堅持和我們每一位“月宮人”的月宮夢。

的確，為了這一刻，北京航空航天大學教授劉紅和她的“月宮一號”團隊已準備十多年。

2003年，神舟五號載人飛船成功發射並返回，中國成為世界上第三個把人送入太空的國家。一個問題擺在科學家面前：在近地軌道，宇航員賴以生存的物資可全部攜帶；如果人類進行更長時間、更遠距離的太空探索，這一難題該如何解決？

“靠攜帶供給或由地面補給，費用昂貴且技術上難實現。”一個新的研究方向在劉紅腦海中閃現——地外生命保障系統。

簡單地説，就是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飛向火星的飛船中，構建一個類似地球生物圈的小型生態系統。

“在當時看來，這是一個遙遠的夢。很多人不理解，覺得這只是科幻。”但劉紅堅信，科學家就是要關注10年、20年乃至百年後的技術需求。放眼世界，一些國家已陸續開展相關研究，她説：“中國人要在這個領域做出更多貢獻，甚至成為國際領先。”

這位兒時就喜歡抬頭看月亮、數星星的女教授，從2004年起，帶領團隊一頭扎進了地外生命保障系統的研究，真正從事起與太空星辰相關的工作。

外國專家參觀後寫下滿滿一頁紙的讚歎

怎樣在地外環境中實現氧氣、水、食物等各種物質的循環利用，構建人工生態系統？這是所有載人航天大國都希望站上的技術制高點。此前，其他國家是在植物和人之間構建密閉生存系統，而劉紅決定，打造“人—植物—動物—微生物”的“四生物鏈環”。

從“二”到“四”，看起來只是數字的變化，要解決的卻是業內公認的兩個技術難題——有供人食用的“動物蛋白”問題和負責廢物處理的“微生物”問題。

經過反覆研究、實驗，團隊在1000多種可食用昆蟲中，精選了富含蛋白質又易於飼養的黃粉蟲，解決了整個系統技術難點的“牛鼻子”；又在種類眾多的微生物中，找到生存在寒冷山洞或極熱高温地帶、在人體體温條件下無法生存的微生物。

這樣，“月宮一號”裏物質的閉合循環就形成了：植物給宇航員提供食物，還能通過光合作用產生氧氣、通過蒸騰作用產生純淨的飲用水。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，用來飼養動物（黃粉蟲），為宇航員提供優質的蛋白和更合理的氨基酸配比。植物的不可食部分、人的排泄廢物、廚餘和生活垃圾，通過微生物分解，變成二氧化碳進入到空氣中；從尿液中回收的水和氮素以及經過生物淨化後的衞生廢水，用於灌溉培養植物。植物吸收了這些二氧化碳和水，不斷生長出新的食物。

當團隊在小場地裏能做的實驗已經完成，就急需一個大的場地做系統實驗。一次跟着校領導走訪俄羅斯，在參觀完俄羅斯的密閉實驗系統後，時任北航校領導連連讚歎，劉紅瞅準機會，立下軍令狀，“如果給我500平方米，我一定做出更好的。”於是，“月宮一號”項目終於獲批，在北航新主樓西側拔地而起。

2013年元旦，“月宮一號”團隊給俄羅斯的科學友人發去新年祝福電子賀卡，附了上“月宮一號”的樣圖。這幾位科學家打開賀卡，一致“讚許”道：“他們‘畫’得可真好！”直到2013年冬天，“月宮一號”建設完成併成功試運轉，外國幾位科學家受邀來華進行學術研討，還是將信將疑的態度。

劉紅至今記得，一位俄羅斯科學家圍着佔地不過百平方米的實驗艙來來回回看了將近一個小時，不相信眼前這個實驗裝置是真的。當天晚上10點左右，會議已結束，這位科學家提出還要去實驗艙看看，他擔心白天看到的只是“裝裝樣子”的假設備，夜裏就會停掉或者“沒有了”。劉紅笑了笑，欣然邀請他隨時去實驗艙參觀。後來，這位被震撼到的俄羅斯科學家按捺不住激動，在留言簿上寫了一整頁讚語表達敬意。

“月宮一號”在建期間正值炎夏，常常是室外38攝氏度、艙內温度40攝氏度，但團隊還是克服困難，在6個月內順利完工。在外人看來，這不過是3個圓柱形的“大罐子”，而團隊成員相信，在這個總面積160平方米、總體積500立方米的空間內，他們的“月宮夢”終將實現——“我有一所房子，面朝月宮，春暖花開”。

“進入‘月宮一號’，就像直接把你送到外太空”

早上7點鐘起牀，量體温、血壓，稱體重。洗漱完衝杯牛奶，一個饅頭就一盤生菜炒梅花肉便是早餐，儘管感受不到陽光照到身上的温暖，但走到植物艙，和滿室的綠色打個招呼，仍然感覺朝氣蓬勃……志願者褚正佩這樣向人介紹她在“月宮一號”裏的清晨時光。

聽起來悠閒，但“月宮”裏的生活不比地球，志願者們承擔了重要的科研工作。艙內遵循“日出而作、日落而息”，但僅靠燈光啓閉模擬日出日落。劉慧説：“進入‘月宮一號’，就像直接把你送到外太空。”

在模擬的“外太空”裏，每組志願者4人所需的全部氧氣和水、大部分食物，都要在1個綜合艙和2個植物艙裏循環再生。有限的空間裏，志願者們栽培了5種糧食作物、29種蔬菜作物、1種水果，僅小麥就要每週收穫3次。他們常常打趣道：“我們就是未來月球上或者火星上的農民。”

370天裏，志願者們重複“播種、收割和脱粒”這一植物耕作流程160餘次，監測記錄健康數據700餘次，採集2000多個唾液、尿液、糞便樣品以及口腔、材料表面和空氣的微生物樣品，採集廢物處理系統樣品50餘次。此外，他們還克服了幽閉環境內“遮窗”“斷電”“延遲出艙”等種種困難。

志願者伊志豪説，“心理關”是他們要克服的最大難題。“在艙內的生活，就像處於一個密閉的卧鋪車廂，每天隔着小小的窗口看外面，但有時需要把窗口遮蔽起來，適應不同的環境，調試不同的參數。這時，就感覺車廂進了隧道。”

當然，“月宮”生活不乏輕鬆有趣的時光。志願者們可以上網、發微信、看視頻、玩飛鏢，一組4個人生活在“同一屋檐下”，如同“親兄妹”。

油菜、莜麥菜、西紅柿……利用艙內種出的簡單蔬菜，如何做出一頓可口的飯菜？這難不倒志願者們。2018年2月15日，“月宮365”實驗進行到第280天時正值農曆除夕，大家在完成科研任務之餘，用自己種植的食材包了餃子，做了果蔬拼盤和花饃，吃了一頓“月宮”裏的年夜飯。

吃膩了蔬菜，想吃點葷的怎麼辦？志願者劉佃磊與“月宮一號”裏的明星——黃粉蟲打交道最多，他用“香、嫩、酥、脆，回味悠長”來形容炒熟後黃粉蟲的味道，至今仍覺得是美味。

為了保證植物的產量與營養，植物艙的LED燈是智能的，其光強和光譜可以根據植物生長需求來調節，那麼人在艙裏待久了想曬曬太陽可以嗎？志願者劉光輝對“月宮”裏的光源最有研究，綜合艙特地安裝的“小太陽”，通過光學透鏡收集陽光，再利用光纖將光束導入艙內，讓志願者們在“月宮”裏也能“曬太陽”。

“記得隔一兩天要喝一次荊芥水，防止感冒。”“月宮365實驗”期間，劉紅一直保持着與艙內成員的通話，而志願者們也在“太空生存”中收穫了豐富的生活技能。“水電工、做飯、保潔、種地、理髮、攝影攝像等，這些技能我們都學會了。”劉慧説，“這絕對是偉大又夢幻的經歷。”

“以終點為起點，我們仰望星空永不止步！”

目前，“月宮一號”團隊已取得大量寶貴的實驗數據，他們一邊等待可以將生命保障系統帶到地外環境測試的合適機會，一邊繼續拓展系統在地面極端條件下的應用性。

“這個項目主要針對月球、火星等地外基地，同時還可以應用於高原、極地、島礁、深海、深地等具有重要國防或科研價值的極端環境，或者應用於現代農業、環境保護與生態科學研究中。”劉紅説。

參與過“月宮365實驗”的志願者劉光輝，正通過自主創業，將月宮中一些技術產業化。“我們已經做出了第一台集裝箱式植物工廠裝備，目前正在試運行狀態。”劉光輝説，雖然很忙，但他還是一直關注實驗室動態，相信“月宮一號”團隊會再接再厲、再鑄輝煌。

曾是志願者的董琛已從當年的博士生成為一名人民教師。他給兒子起了個有紀念意義的小名——“航航”。“希望兒子能傳承航天人特別能吃苦、特別能戰鬥、特別能攻關、特別能奉獻的精神，甚至未來能夠作為宇航員遨遊太空。”

曾經的團隊成員學成畢業，新鮮的年輕力量也在不斷加入。

“讀高中的時候，生物課本上提到的‘生物圈2號’（美國建的一座微型人工生態循環系統）給我留下深刻印象，其失敗也令人扼腕。之後，在網絡上看到中國的‘月宮一號’，我又激動又振奮。”北京航空航天大學2019級碩士研究生徐子昂説，他一直想加入“月宮一號”團隊，終於圓夢。“希望今後我們團隊能讓更多科幻變成科學。”

回望過去，劉紅很感慨：“一個當初沒有多少人看好的夢想，最終打破世界紀錄，成為國人驕傲，我覺得這半輩子過得真值。”劉紅説，16年間很多青年才俊加入進來，有的人留下了名字，更多的人留下的只是一個背影，但大家都一樣高興，因為這是大家念茲在茲的月宮夢、星空夢。

對於將來的科研工作，劉紅和團隊成員信心滿滿：“以終點為起點，我們仰望星空永不止步！”

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“月宮一號”大事記

■ 2013年10月，“月宮一號”地基綜合實驗系統成功研製，這是中國第一個、世界上第三個月球基地生命保障人工閉合生態系統地基實驗裝置。

■ 2014年5月，“月宮一號”成功進行了中國首次長期高閉合度集成試驗，密閉試驗持續了105天。

■ 2014年9月，“月宮一號”研究成果入選“新中國65年十大引智成果”。

■ 2017年12月，世界頂尖科學雜誌《自然》雜誌在其官網上發佈了2017年最佳科學圖片，共計14幅，“月宮一號”入選。

■ 2018年5月，“月宮365”實驗成功，這是世界上持續時間最長、閉合度最高的密閉實驗。

■ 2019年4月，“月宮一號”團隊榮獲“中國五四青年獎章”。

資料來源：“月宮一號”團隊