月宮一號
月宮一號
“月宮一號”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”，基於生態系統原理將生物技術與工程式控制制技術有機結合，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，可以在系統內循環再生，為人類提供類似地球生態環境的生命保障。
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”，並於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。使我國此項技術水平與國際最高水平同處於同一水平上。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。
宇航員要離開地球，在遙遠的太空中生存，離不開氧氣、水和食物。在我國神舟系列飛船、國際空間站、蘇聯/俄羅斯和平號空間站中，通常會攜帶全部物資，或通過物理化學方式再生氧氣和水，而宇航員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。然而，如果人類在不遠的未來，進行更行長時間、更遠距離的太空探索，例如構建月球、火星基地，由於路途遙遠，食物完全通過攜帶儲存供給，或進行地面定期補給將變得十分昂貴且很難實現。因此，僅僅依靠攜帶或物理化學再生方式滿足生命保障需求，載人深空探索幾乎不可能實現。解決辦法是依靠“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。科學家們把這樣一個小型生態系統稱為“生物再生生命保障系統”。
隨著載人航天技術的飛速發展，“建成具有自主知識產權的生物再生生命保障系統，解決建立月球基地生態環境中的關鍵性理論與技術問題，為建立火星長期居住基地解決生態生命保障問題”被列為我國空間科技發展的戰略目標之一。儘管我國的生物再生生命保障系統研究取得了一定的成果，但與其他航天大國相比，在相關領域的研究仍處於比較滯后的階段。直至2013年以前，我國所進行的生物再生生命保障系統集成實驗，基本上利用植物解決了人在封閉環境下的呼吸問題，但是在“月宮一號”建成之前，真正意義上的可實現滿足人的主要營養需求、高閉合度的生物再生系統密閉實驗還尚未開展。
人類移居月球想象圖
在“月宮一號”的生物再生生命保障系統中，栽培了糧食作物、蔬菜和水果，飼養了動物（黃粉蟲），還有微生物來降解廢物。植物不僅能夠給宇航員提供食物，還可以通過光合作用產生氧氣、通過蒸騰作用獲得純凈的飲用水。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，可以被用來飼養動物，為宇航員提供優質的蛋白和更合理的氨基酸配比。最後，剩下的植物不可食部分，人的排泄廢物，廚餘/生活垃圾，被送進微生物降解環節，微生物可以分解被固定的碳，變成二氧化碳進入到空氣中重新被植物利用進行光合作用；從尿液中回收水和氮素以及經過生物凈化后的衛生廢水，用於灌溉培養植物。植物吸收了這些廢物處理產生的二氧化碳和水，又可以不斷生長出新的食物。這樣，就形成了“月宮一號”里物質的閉合循環。
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。
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%，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、胡蘿蔔、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，開始啟動性實驗，科學家將利用‘月宮一號’開展有人密閉實驗研究，建立具有自主知識產權的、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”后，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。
2014年5月20日，北京航空航天大學校園內，伴隨著眾人的掌聲，謝倍珍（艦長）、董琛、王敏娟三位志願者從“月宮一號”密閉艙中走出來，105天的試驗獲得成功，標誌著月球基地生命保障人工閉合生態系統地基實驗裝置“月宮一號”成功完成我國首次長期多人密閉試驗。
受控生態生保系統集成實驗平台內的植物
在科學家基於空間環境特點，人工設計建造的密閉微生態循環系統中，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循環。微生物則擔負著下游的收尾工作，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，使食物再生循環。
月宮一號
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、易於繁殖和移植，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，科學家還注意到，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。
月宮一號由一個綜合艙和兩個植物艙組成，綜合艙面積42平米，高度2.5m,每個植物艙面積50-60平米，高度3.5米。綜合艙中包括四間卧室、飲食交流工作間、洗漱間、廢物處理和動物養殖間。整個系統建成后可滿足四人長期高閉合度的生命保障需求，開展各種科學實驗研究。
已建成並實驗成功的“月宮一號”一期包含了一個植物艙(58平米，三層立體栽培，種植面積69平米）和一個綜合艙（42平米），可以為3位志願者提供生命保障。二期建成后，將由1個綜合艙和2個植物艙組成，每個植物艙分隔為2個植物間，可根據不同植物生長需要獨立控制環境條件。
基本信息
- 中文名
- 月宮一號
- 原理
- 生態系統原理
- 綜合艙面積
- 42平米
- 種植面積
- 69平米