月球基地长什么样？对话“月宫一号”总设计师刘红

当人类踏入月球的那一刻，或许会疑惑：我靠什么可以长期驻留在这片神秘的土地上？

20年前，北京航空航天大学生物与医学工程学院刘红教授的团队开始研制我国第一个空间基地生命保障地基综合实验装置。经过10年努力，“月宫一号”惊艳亮相。该装置的研制成功，让我国成为世界上第三个拥有此项技术的国家。

近日，国际宇航科学院院士、“月宫一号”总设计师刘红在《The Innovation》上发表题为“构建月面人工生态系统，保障人类长期驻月生存”的学术论文。结合长期积累的数据，刘红分析了“月宫一号”中生物再生生命保障系统（BLSS）的可行性。她认为，BLSS系统具备了满足人长期密闭生存的理论和技术基础，未来可应用于人类在月球的长期驻留生存保障。

刘红告诉记者，“月宫一号”像是可以提供类似地球生态环境和生命保障的“房子”。历经20年的发展，目前该装置总体研制情况如何、后期还有哪些试验计划？什么是BLSS系统、它为何如此重要？就相关问题，3月19日，新京报记者专访刘红。

“月宫一号”实物外观。受访者供图

“月宫一号”植物舱已种植35种作物

新京报：“月宫一号”由综合舱和植物舱组成。 综合舱有42平方米，但植物舱就有50多平方米，为什么植物舱会占这么大比重？

刘红：目前“月宫一号”有两个植物舱和一个综合舱。综合舱中包括四间卧室、饮食交流工作间、洗漱间、废物处理和动物养殖间。每个植物舱面积50至60平方米。两个植物舱又各自分隔为两个植物培养舱段，所以“月宫一号”内一共有四个植物培养舱段。

“月宫一号”设计模型，由两个植物舱和一个综合舱组成。受访者供图

植物承担着为人类生存提供氧气、水和食物的任务，正如地球上森林和田野的面积远远大于居住等建筑物的面积，只有达到足够面积才能承担起这些功能。因此，在设计“月宫一号”时，其中配置的植物舱空间就要比综合舱大。

我们在植物舱中一共种植了35种作物，包括粮食、蔬菜和水果。每种作物对环境的要求都不一样，比如光照、温度。我们可以对作物进行分类，安排种植在不同的植物培养舱段，再根据不同植物生长需要独立控制环境条件。

“月宫一号”舱内志愿者在植物舱内种植作物。受访者供图

新京报：2014年和2018年曾分别对“月宫一号”进行有人长期闭合实验，这两次的实验目的是什么？在“月宫一号”舱内的志愿者和舱外人员是怎样联系的？

刘红：第一次实验的总任务，是要验证前期建立的技术、方法、理论是否正确，确定所构建的系统能否保障人员长期密闭生存。第二次实验的总任务，是明晰在不同代谢水平的乘员组合变换、超高负荷冲击、遭遇故障等情况下，“月宫一号”的生命保障系统适应性以及相关系统的鲁棒性。例如，机电设备及光源在长期运转情况下若发生故障，舱内人员要怎么处理应对？同时，我们还开展了在幽闭环境中绿植和光协同调控乘员情绪和心理的方法和技术研究、肠道微生物与心理健康的关系研究等。

跟我国目前的空间站一样，在“月宫一号”内跟外界联系也很方便。舱内有WiFi，可以视频通讯等。

BLSS系统可以再生100%的氧气和水

新京报：你在最新发表的论文中，再次提到了BLSS系统。BLSS到底指的是什么？为何如此重要？

刘红：生物再生生命保障系统（Bioregenerative Life Support System, BLSS）是运用生物技术与工程控制技术，结合月面原位资源利用，构建由植物、微生物、动物组成的人工生态系统，循环再生人员生存所需的氧气、水和食物并处理废物，实现月面人员生命保障所需物资原位再生重复利用，从而减少来自地面的物资补给，降低人员月面驻留对补给的运力和成本需求，被称为第三代生命保障技术，是长期载人月面任务必备的生命保障技术。

“月宫一号”中的BLSS有“植物-微生物-动物-人”四个生物链环，这四个生物链环组成的生态系统，实现人在其中生存所需物资的原位再生循环。人链环是核心，而植物链环是关键，承担着再生氧气、食物和水的重要功能，运行状态的好坏直接决定BLSS的功能能否实现。动物链环为人提供动物性食物，还有助于维护系统内气体平衡。微生物链环由降解功能微生物和益生功能微生物组成，为实现水、气循环和维护植物链环的稳定运行等提供帮助。

“月宫一号”舱内志愿者在种植小麦。受访者供图

新京报：空间站上的再生式生命保障系统与“月宫一号”内用的BLSS系统有何区别？

刘红：空间站上的生命保障系统是物理化学再生式。例如，在再生氧气方面，要将浓缩的二氧化碳导入装有催化剂的装置内，再通过置入氢气，让它发生氧化还原反应，生成水。水再被电解制取氧气供人使用。在再生水方面，空间站上一般是收集污水，通过装置将盐和水分开，再把水进一步净化干净，循环使用。所以一般来说，空间站上只能再生一部分氧气和水，食物完全不能再生。

“月宫一号”中的生命保障系统是生物再生式。例如，在四个生物链环下，水首先经过微生物净化，净化之后会灌溉给植物，植物蒸腾、蒸发产生水蒸气后，再把水蒸气变成冷凝水，冷凝水经过简单净化后就可以给人用了。因此，我们这个系统中水的再生方式跟地球是一样的，它的安全性和心理接受度也是非常高的。“月宫一号”内用的BLSS系统可以再生100%的氧气和水，以及82%的食物。

总体来说，BLSS系统成熟后，不仅可以用到月球上，也可以用到火星以及更远的星球上。

要抓住机会开展空间小型生态系统实验

新京报：完善“月宫一号”这种“微型生物圈”还要解决什么问题？

刘红：目前，我们的研究还是基于地基实验开展的。但天上和地上是有区别的，像微重力、辐射剂量、地磁场等，它们在不同环境下，差别就很大。例如，月球上的重力仅为地球的六分之一，只有很微弱的磁场和电离辐射，虽然月球密闭舱做了屏蔽，但是它的舱内电离辐射强度也会比地面上正常的条件要高。

所以，我们要弄清楚这个系统在天上和地球上到底有什么区别。具体来说，要将“月宫一号”进一步发展，应用到空间站、月球，进而应用到火星，就必须开展空间站、月面、火星上的适应性实验，需要搭载空间站、月球探测器、火星探测器，开展空间小型生态系统实验，这是应用“月宫一号”技术实现人类在月面等空间环境生存保障的关键一步。通过天地对比实验，获取天地差异数据，矫正系统构建算法，为我们针对相应的空间环境给出合适的生存保障技术方案提供关键的数据支撑。

新京报：“月宫一号”目前已发展研制了20年，针对“月宫一号”开展的相关实验，接下来还有什么计划？

刘红：开展空间小型生态系统实验需要机会。抓住了机会，“月宫一号”技术的发展就会更快。要是机会给得慢，这个系统研究出来的成果也会慢些。我们现在的计划就是，争取更多机会做天基实验，搭载空间站、月球探测器，通过天地对比，来获得矫正参数。进而设计天上的有人闭合实验系统，开展从短期到长期的天基有人闭合生存保障实验。

来源：新京报 张建林

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