http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2014-06-28
中国科学家为未来月球基地做准备
新华网北京６月２６日电（记者喻菲）尽管中国尚未有载人登月计划，中国科学家却已开始为建立月球基地做准备。
在北京航空航天大学一座貌似太空舱的实验装置中，三名年轻的研究人员从２月３日至５月２０日，在密闭的环境中生活了１０５天。
在这里，他们呼吸着与地球不太一样的空气，喝循环净化水，吃自己培育出来的粮食、蔬菜、水果，还有虫子，不见阳光，做许多科学实验，跟家人和朋友通过网络、电话交流，日子充实又寂寞。
草莓种“月宫”
这个实验装置的学名很拗口：空间基地生命保障人工闭合生态系统地基综合实验装置。
“我们认为中国人首先使用它，应该是在月球上，所以起了个通俗的名字‘月宫一号’。”这项研究的首席科学家、总设计师刘红说。
“月宫一号”是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工闭合生态系统，人类生活所必需的氧气、水和食物，可以在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。
已投入使用的“月宫一号”一期包含了一个５８平米的植物舱和４２平米的生活舱，可为三名乘员提供生命保障。生活舱内有卧室、饮食交流间、卫生间和废物处理间。
刘红说，“月宫一号”建设的一大难点是密封。整个装置有９扇门，如何让这么多门以及管道、线路都与舱壁密闭曾耗费了很长时间才解决。
由于自然光难以控制，“月宫一号”内全部使用人工光。科学家根据人的营养需求，挑选种植了小麦、大豆、花生等５种粮食，胡萝卜、黄瓜、空心菜等１５种蔬菜和草莓一种水果。
小麦不仅供给主要的粮食，也供给主要的氧气。１０５天舱内的所有氧气可以循环再生约３次。
实验人员１０５天吃的食物中，５５％是系统内生产的，４５％是外援食物，主要是肉类。
他们还在“月宫”中饲养了一种肉乎乎的虫子。目前，只有中国在同类实验中使用了能提供丰富动物蛋白的黄粉虫。
２０１１年美国举行的“人在太空”国际会议上，中国科学家带了一饭盒用辣椒和花椒炒熟的黄粉虫，向同行介绍相关研究，引来一群美国人围观。
一开始他们笑话，怎能吃虫？后来有个勇敢的男生尝了一口，说味道很好，像炸薯条。那盒黄粉虫瞬间就被抢光。
不是地球复制品
“月宫一号”与著名的“生物圈二号”是不同类型的实验。
“以模拟地球生态系统为目的的‘生物圈二号’是失败的，我们不去重复。”刘红说。“我们决不是要复制一个地球。地球生态系统经过几十亿年自然形成，所有生物都是平等的。虽然人自认高贵，但对于地球生态系统来说，人和狗其实没区别。”
“但在我们制造的这个系统中，人就是主宰者，一切都是围绕人来服务的，人吃什么才种什么，根据人对营养、氧气、水的需求，来筛选各种植物、动物、微生物。通过严格的计算，把它们设计到一起。在系统运转时，还会发生一些偏移，所以要人工调控，保证系统的运转。”
尽管美俄欧一直在开展相关的关键单元技术研究，但近年来没有开展过大型系统实验。
“很多国家政府认为去外星建立基地还是很遥远的事，没有急于在这方面给予大的投入。但实际上这样一个系统很复杂，里面每一种生物都很复杂，要将这么多生物变成一个生态系统，就越发的复杂，所以需要很长时间不断实验，才能成熟并用到太空中。”刘红说。
与月球生活的差距
“月宫一号”与真正的月球基地，差距主要由月球的六分之一重力造成。未来月球基地的工作人员要适应低重力环境下的活动。
此外，月球上比地球高的辐射加上低重力会导致生物系统发生什么变化，现在科学家还不清楚。
“要弄清这些问题，必须做搭载实验，我们建议有关部门提供搭载机会。我们会构建两个一模一样、迷你的‘月宫一号’系统，一个搭载到月球探测器上，一个在地面上。将搭载的数据与地面的数据做比对分析就可以矫正大系统，这样地面大系统实验数据就可以用到月球上了。”刘红说。
她说，这次实验的目的是验证之前理论方法技术，收获比预期好。但也发现一些问题，下一步要研究改进。
[新华网]
特写：“月宫”的首批“居民”
新华网北京６月２６日电（记者喻菲）在一项为未来月球基地做准备的实验中，三名年轻的研究人员，在北京航空航天大学一座貌似太空舱的实验装置里生活了１０５天。
他们呼吸着与地球不太一样的空气，喝循环净化水，吃自己培育出来的粮食、蔬菜、水果，还有虫子，不见阳光，做许多科学实验，跟家人和朋友通过网络、电话交流，日子充实又寂寞。
被命名为“月宫一号”的实验装置，是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工闭合生态系统，人类生活所必需的氧气、水和食物，可以在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。
这项研究的首席科学家、总设计师刘红说，由于存在未知风险，２月３日至５月２０日首次入住“月宫”的三名体验者必须自己愿意，且具备科学实验技能，身体和心理素质还要通过各种测试。
女舰长：谢倍珍
由于长期不见阳光，３２岁的谢倍珍肤色很白。虽然个头最小，却担负舰长重任，她从１０年前读本科时就开始参与这项研究了。
她说，“月宫一号”内的一天开始于早７点半。早餐后工作，中午１１点半至１２点半是午饭，１３点至１４点休息，下午继续实验。１７点半至１８点半晚饭，晚上有时也会有些实验，其他时间自由活动，２３点睡觉。
“每天的时间安排得满满的，在里面不能闲着，要珍惜时间尽量多做实验。”
谢倍珍的主要工作是废物处理，微生物控制以及饲养黄粉虫。“黄粉虫不仅提供动物蛋白，还负责处理一部分的固体废物。”
回忆第一次吃黄粉虫，谢倍珍说：“我对非正常的食物以前都不能接受，从不吃内脏、鸭脖子之类。但这是实验需要，我尝了一次后，觉得味道很好。”
她说，在实验进行到一、两个月时，感到了孤独。
在孤立、受限环境中，人的心理变化也在科学家研究范围之内。三位舰员每周都要做心理测试。
“我平时很宅，但那是自己选择不出门，没觉得受限制。但在１０５天不能出去，反而有时候有想出去的冲动。”谢倍珍说。
作为舰长，谢倍珍感到责任重大，常常会莫名地担心，每天会想很多。
１０５天后，谢倍珍体重略微下降。但是“因为生活规律，我感觉这１０５天后更健康了”。
她说，许多科幻电影中，人类太空飞船内就有生命保障系统。“看到这些情节，我就很兴奋。他们的那些想法，我们正在做相关研究。”
“我认为，人类离开地球生存，在技术上一定能解决。我们相信，所以才做这项研究。这是我们的梦想。”
“月宫”厨娘：王敏娟
除了完成植物管理和栽培，平时喜欢做饭的舰员王敏娟是“月宫”中的主厨。
这位来自陕西的姑娘把“月宫”中生产的麦子做成全麦花卷、包子、饺子、面条、烙饼，让另外两名舰员吃得眉开眼笑。
吃饭对中国人从来不是小事，到了“月宫”也一样。
“月宫”中的食谱是根据人的营养需求事先制定的，每种食物多少克都经过严格计算。王敏娟的工作就是发挥她的想象，把这些确定种类和量的食物组合搭配，并做出美味。
“我不觉得这很难，我也喜欢。每天除了实验，做些好吃的，他们开心，我也会开心。”
由于“月宫”中的气体是循环的，不能产生油烟影响环境，所以王敏娟的烹饪方式是蒸煮。“我会经常上网查菜谱，如果有的食材‘月宫’中没有，我就发挥想象，用有的食材补上，做出自己原先都没有想到的菜肴。”
有段时间“月宫”中的豆角产量很大，王敏娟就变着花样做各种豆角菜肴。她做的扁豆焖面把外面监控室内的人馋得直流口水。
王敏娟是三位舰员中唯一已婚的。晚上，她和老公上网聊天。每个月老公会到实验舱外，与她隔着窗户见面。
一天傍晚，实验舱对面高楼上的玻璃，将夕阳的一缕光线射入舱门的圆窗。
“一个多月第一次看见阳光，那种开心和幸福真无以言表。”
“月宫”内有动感单车和哑铃，实验人员由于在舱内腿部运动少，会在晚上根据每天的劳动量锻炼身体。
实验快结束时，王敏娟给自己的胳膊拍了照，“成为有肌肉的女人了，开心？还是开心呢？”
王敏娟超级喜欢科幻。“我认为未来人类离开长久生活的地球移居外星，在一个密闭、陌生的环境生活下去，更困难的是克服心理上的孤独。”
吉他弹“月宫”：董琛
２８岁的博士生董琛，带着吉他进了“月宫”。
晚上休息时，“月宫”中不时传来董琛的吉他曲、歌声，或看球赛的叫好声。
“我是球迷。亚冠、中超比赛都看，偶尔还会喊上一两嗓子，可能会让两位姐姐吓一跳。”
有时，董琛会穿上无菌服在植物舱中，一边培养小麦一边对着植物唱歌。
来自山东的他形容自己在“月宫”中的心情是波浪形的。“进去的时候大家都穿着棉衣。到了春暖花开时，大家都在微信朋友圈发郊游看花的照片。我就特别想出去。”
董琛是独生子女。“以前比较自我。”但在“月宫”里很多实验都无法一个人完成，他感到团队协作太重要了。
“晚上，舱内的人可以睡觉，舱外值班监控的团队成员却一夜都不能休息。这个实验不仅仅是我们三人完成的，舱外的人甚至比舱内的人责任更大。”
董琛认为，航天工作者为了探索太空可以付出任何代价，甚至生命。“如果能让我去太空转一圈，这辈子就值了。”
[新华网]
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5月20日，在北航校长、众多专家和代表以及媒体记者的见证下，3位志愿者手捧着在实验舱中辛勤收获的粮食作物和蔬菜从容走出“月宫一号”实验舱，标志着本次长达105天的密闭实验取得了圆满成功，而中国载人深空探测保障系统的建设又迈上了一个新台阶。
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从嫦娥奔月到敦煌壁画中的飞天形象，中国人一直有着一个航天梦想。近年来，随着载人航天技术的飞速发展，建成我国自主知识产权的生物再生式生命保障系统，为未来在月球和火星基地解决生态生命保障问题，成为我国空间科技发展的一个战略目标。
为此，中国航天员科研训练中心等单位长期致力于载人航天器环控生保技术的研究，并研制成功多台试验设备，筛选出了小麦等受控生态生保系统备选植物，为进一步研究打下了良好的技术基础。
与此同时，刘红教授团队瞄准国家载人深空探测重大需求，系统开展了相关基础理论和关键技术的研究。在刘红教授及其团队成员的共同努力下，经过10努力后，我国第1个、世界上第3个生物式生命保障地基有人综合密闭实验系统终于在2013年正式在北京航空航天大学落成，并于近日成功完成3人105天高闭合度集成试验。
本次实验实现了系统内循环再生100%的氧气和水以及55%食物，而“月宫一号”实验系统的总闭合度达到了97%。“这是一个非常了不起的成就。”一位与会的专家翘着大拇指说。
中国科学院微生物所研究员刘志恒也认为：“这项实验的成功为我国载人登月、月球基地及火星探测等航天计划的顺利进行打下了一个良好的理论和技术基础。”
微型生物圈
在105天里，3位志愿者维持生存所必须的氧气和水都是通过系统循环来供给的，而除了实验前舱内存储的一部分熟食外，其余食物也都是通过系统提供的。在封闭实验期间，志愿者进行作物种植和食品加工活动，产生的废弃物则通过生物技术处理转化为用于植物栽培的养分，“月宫一号”堪称一个“微型生物圈”。
“‘月宫一号’是基于生态系统原理将生物技术与工程控制技术有机结合，构建由植物、动物、微生物组成的人工闭合生态系统，人类生活所必需的物质，如氧气、水和食物，可以在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。”项目负责人刘红如是说。
据悉，“月宫一号”1个综合舱和2个植物舱组成，总面积160平方米，体积500立方米。其中，综合舱主要作用是供“航天员”居住、洗漱和工作。人、动物和废物处理产生的二氧化碳在此经过处理后送到植物舱。植物舱则用来栽培筛选出粮食作物、蔬菜和水果。其中，粮食作物有小麦、花生、玉米等，蔬菜有胡萝卜、四季豆等，水果为草莓。此外，植物舱还通过光合作用和蒸腾作用提供人生存所必备的氧气和水。为了保证志愿者身体必需的动物蛋白，本次试验还利用技术手段培育了黄粉虫。
当笔者提出进入舱内体验一下“月宫”时，刘红向笔者进行解释，因为紧接着还要在“月宫一号”进行10天左右的无人密闭实验，所以暂时还无法进行舱内参观。
百日历涅槃
“感觉怎么样？”“身体适不适应？”面对着起此彼伏的闪光灯以及记者们不断的追问，刚刚经历了百余天密闭实验的3位志愿者似乎有些手足无措。“好久没有见过这么多人了。”本次实验的“舰长”谢倍珍说。她主要负责舱内的废物处理、并负舱内协调组织工作。谢倍珍还提到，3位志愿者还可以通过电话和网络保持联系，但是有时间限制，每天只有10分钟左右时间可以与家人通话。
作为这个团队中的唯一男性志愿者，董琛在面对采访时有些腼腆。他主要负责舱内约40平方米的小麦种植。另一位志愿者王敏娟来自陕西，她负责蔬菜种植和食物加工。精湛的厨艺使她成为这个团队中必不可少的角色。
据刘红介绍，下一步“月宫一号”将在改进各项单元技术的基础上进行二期工程建设，届时将会新增一个植物舱，可满足4人更高闭合度的生命保障需求。
“千万不要说这个实验花钱多。”在谈到下一步发展规划时候，刘红特意提到该项目启动10年来总投入不到2000万元，这之中还包括了相关企业的投入，相对于其他国家的类似实验，“月宫一号”的建设和运行成本要低得多。（刘洪强）
[新华网-人民日报海外版]