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嫦娥三號(hào)探測器探訪月球,“嫦娥”和“玉兔”在“月宮”中互拍,人類什么時(shí)候也可以在月球上長期生存?鮮為人知的是,我國地面隱藏著一個(gè)剛建成的“月宮一號(hào)”,正在為此做著超前準(zhǔn)備。
“因?yàn)樵虑蚋咻椛浜臀⒅亓Φ沫h(huán)境在地球上極難模擬,目前地面實(shí)驗(yàn)只是在做生命保障系統(tǒng)的封閉性物質(zhì)循環(huán)實(shí)驗(yàn)上完善?!必?fù)責(zé)人劉紅教授介紹,為滿足實(shí)驗(yàn)人員生命需要,密閉的“月宮一號(hào)”中種植糧食、水果和蔬菜。
美國宇航局近日傳出2015年“帶植物去月球”的計(jì)劃,而我國在近20年的研究中,已經(jīng)完成了人和植物封閉共存的部分自給自足小型實(shí)驗(yàn),小麥、水稻、大豆、花生、甜椒、胡蘿卜、西紅柿、芫荽等十余種蔬菜糧食也已經(jīng)通過了模擬環(huán)境的考驗(yàn),等待著到月球生長的那天。
負(fù)責(zé)人劉紅透露,在寬闊的“月宮一號(hào)”,不僅種有蔬菜,還將有糧食和水果,滿足實(shí)驗(yàn)人員的全部氣體、水和食物的需要。
生保系統(tǒng)核心:植物
“我們小時(shí)候,覺得人登上月球是不可想象的夢,可現(xiàn)在我國也能輕松實(shí)現(xiàn),很難說有一天,人類不會(huì)把植物種上月球。”劉紅是北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院空間生命科學(xué)與生命保障技術(shù)中心主任,她對自己的研究很樂觀。她多次實(shí)驗(yàn)的空間生物再生生命保障系統(tǒng),就是要解決土生土長的地球人,登上太空后吃什么,呼吸什么,能生存多久的難題。
如何支持人類在太空長期健康生活,長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年?科學(xué)家的共識(shí)是必須依靠一套空間生物再生生命保障系統(tǒng)(BLSS),國內(nèi)也稱之為受控生態(tài)生命保障系統(tǒng)(CELSS)。
這套目前世界上最先進(jìn)的閉環(huán)回路生命保障技術(shù)可以被通俗地解釋為,在月球或火星等太空環(huán)境中,將有限資源進(jìn)行反復(fù)處理與再生,從而源源不斷地生產(chǎn)食物、氧氣和水,確保為航天員提供最基本的生存必需品。因?yàn)楹教鞎r(shí)從地面向空間補(bǔ)給物資十分昂貴,在美國每千克花費(fèi)1萬-10萬美元,而到月球和火星的長期空間飛行,幾乎不可能再補(bǔ)給。
在科學(xué)家基于空間環(huán)境特點(diǎn),人工設(shè)計(jì)建造的密閉微生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中,綠色植物,尤其是蔬菜,承擔(dān)了主要節(jié)點(diǎn)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(tǒng)的水循環(huán)。微生物則擔(dān)負(fù)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(yǎng)料,為動(dòng)物提供部分食品,使食物再生循環(huán)。
早在20世紀(jì)60年代,載人航天開啟之前,俄、美等國就在考慮人類未來在外太空長期駐留的生命保障問題。建立由植物、動(dòng)物、微生物、人以及其他構(gòu)成的物質(zhì)流不斷循環(huán)更新的閉路生態(tài)系統(tǒng),是科學(xué)家努力的方向。
但最初開展的封閉的BLSS設(shè)計(jì)和空間應(yīng)用研究,無論是在俄羅斯還是美國的實(shí)驗(yàn)中,綠色植物都是缺席者。
擔(dān)此重任的是單細(xì)胞藻類,但俄羅斯科學(xué)家后來發(fā)現(xiàn),盡管藻類放氧和吸收二氧化碳的能力較強(qiáng),但吃起來卻口感差,營養(yǎng)單一。如何建立包含糧食蔬菜等高等植物的“太空農(nóng)場”成了俄美科學(xué)家的研究重點(diǎn)。