““月宫365”实验模拟太空生存：种菜养虫、科研健身”

资料:北航举行“月宫365”计划志愿者入仓仪式。 本社记者鞠焕宗摄影照片来源:本网

《月宫365》:模拟太空生存记

在人类未来的太空的生活会怎么样？ 菜养虫、科研健身、自给自足，甚至还有智能机器人送热馒头的可能性……这个叫做“月宫365”的实验探索、验证了这一切的可能性。

中国情报周刊记者/李明子

零下60度以上的火星地表，空气体稀薄，在沙丘和砾石构成的红色沙漠中，几块孤独的太阳能电池板提供了恒温恒湿的实验所。 马特·达蒙饰演的宇航员利用火星的土壤和人的排泄物在飞机内种植土豆，燃烧肼生成水，维持空间站内的水和空气体的循环。 他计划通过种植剩下的12个土豆来度过等待救援的400多天。

电影《火星救援》的这个故事，现在正在北京航空空宇宙大学(以下简称“北航”)空间基地模拟实验室“月宫1号”上演。 1月26日，第二组4名志愿者结束连续200天的密闭隔离生活，走出这个名为“生物再生生命保障系统”的密闭室系统，由另一组志愿者接手，共进行了365天的所有实验，因此此次实验项目也“

他们比马特·达蒙幸运。 实验室内不仅有土豆，还有黄瓜、草莓、西红柿，可以种小麦、大豆、油麦菜，自给自足吃“肉”。

但是“月宫一号”绝不是借用“火星救援”的想法。 “我们的项目始于2004年。 》北航教授、《月宫一号》总设计师刘红对《中国信息周刊》说。

这个项目的目的是在远离地球的太空环境中实现长时间的完全自主生存，用专业术语来说，被称为“封闭度”的密闭环境中的循环再生水平，是每人每天消耗10公斤的物质，其中由生保系统提供的物质的占卜

迄今为止的记录是俄罗斯创造的，连续关闭180天，关闭度为95%。 “月宫365”的实验全部完成后，连续实验365天，创下封闭度98%的新记录。 实验成果不仅适用于月球，也适用于火星、空间车站，深海、地下空间、高原、极地也可能有武力。

资料图:第一组两名参加实验的志愿者在“月宫一号”植物室向船外致辞。 “月宫一号”由一个综合室和两个植物室组成。 植物室内三层的植物棚里种着莴苣、茄子等各种各样的作物。 本社记者鞠焕宗摄影照片来源:本网

人工“桃花源”

“穿着大衣出来，外面很冷。 ’刘红大声说。 1月26日17点左右，实验室的空气门打开了。 舰长刘辉和副舰长伊志豪先开船，女志愿者褚正佩和王伟随后被像明星一样在外面等待的科研组成员包围，迅速送往医院接受医学注意。

这是“月宫365”项目的第二次轮班仪式。 上次的轮班时间是每年7月9日。 从此，第二组4名志愿者在“月宫一号”连续密闭生活200天，打破了他们在俄罗斯科研人员创造的生物再生生命保障系统连续停留180天的记录。 经医学提醒，连续密闭生活200天后，4人生理、心理健康状况良好。

“一想到记录被我们打破了，我就非常兴奋。 ”。 舰长光彩地说。

“月宫一号”当然不是宫殿。 它位于北航大院南门附近的彩钢板室，是一个“划桨”字型的密闭实验室，内壁全部用304不锈钢无缝焊接。 除供电外，胶囊内的物质与外界隔绝，含有空气体。

“月宫一号”的开发是从13年前刘红受雇于北航担任教职时开始的。

刘红此前专门从事环境保护和自然资源的合理利用，北航后与航空宇宙结合，自然瞄准“地外生存”的“生物再生生命保障”研究。

那时，神舟五号载人飞船已经成功上升空，中国已经掌握了载人航天技术，“嫦娥一号”也开始准备。 刘红回忆说，当时的国际科学界争论说，未来太空站补给的最佳方法不是从地球输送，而是必须开始研究外星生存保障技术。

最初的地外生存系统是前苏联在1972年提出的。 这个叫bios-3的系统比较简单，只有人和植物两个生物链接，水和大部分营养物质由船外提供，机内植物负责制造氧气和部分食物。 1973年，bios-3首次完成了2~3人连续180天的实验，证实了如果能够按照生态系统原理进行计算和设计，就能够实现物质循环的人工生态联系。

世界各国相继参加了这个行业的研究。 美国建立了由人—植物二环组成的“调控生态生命保障体系( celss )”，完成了4人90天的密闭实验。 欧洲太空局于1989年发起了“微生态生命保障系统研究计划”，负责向系统中引入多种微生物，将人类排泄物层分解成可用于植物生长的二氧化碳、富氧培养基、氧和水等物质，但该系统至今尚未成功 日本方案的优势是引进大型动物山羊，一方面生产羊奶为人类提供蛋白质，另一方面消耗系统内作物产生的枯叶和稻草。 2005年9月，该系统进行了三次为期一周的联合实验，但没有进行进一步的长期实验。 “大型动物在我们的方案中是首先被放弃的。 ”刘红说。 由于将其培育、杀死后食用“会给人的心理带来很大的冲击”，实验空之间和资源的有限性也限制了大型动物的可能性。

相比之下，“月宫一号”的结构最多，也最复杂。 首次导入动物和微生物，构成了由“人-植物-动物-微生物”4个生物链接组成的人工生态系统。

“为什么要引进动物？ 首先是为了让患者摄取动物性蛋白质。”刘红解释说:“通过导入微生物解决固体和液体废弃物，维持系统的稳定运行，进一步减小对地球的依赖度。”

筛选能够进入外太空生态系统的动物，几乎是“人工”进化工序。 排除大型动物后，项目组考虑了鱼类，这意味着要引入许多复杂的水生生态系统，鱼骨不便于分解回收、循环利用，因而被否定。 最后，明确了该系统的“动物准入标准”:不得对人类产生食用心理障碍，不得与人争夺食物，应当吃人不吃的植物废弃物，提供动物蛋白质，还可以解决人不吃的植物秸秆等。

他们锁定了无人思考的动物黄粉虫。

进入这个系统的植物和微生物的标准也一样。 植物应能提供食物、氧气和水。 培养过程太多了，不复杂。 微生物必须兼具促进植物生长、废弃物分解等多种功能。

年，这一类动物、21种植物、多种微生物和3个体组成的系统，构建了1.0版的“月宫1号”。 其中包括人类活动的综合室、植物生长的植物室、人类、动物、废弃物解决过程中产生的二氧化碳空气体被送到植物室，供植物光合作用。 植物通过光合作用产生富氧空气体，被净化后，人、动物、微生物呼吸。 植物蒸腾作用产生的水蒸气，经过冷凝、净化，部分供给者满足人的生活需要，其余随净化的生活废水和尿液灌溉于植物栽培，植物成熟后，加工成为人类食物。 系统中的空气体和水都由电力驱动循环。

3名北航学生和教师志愿者完成了105天的全密闭实验。 这是中国首个长时间的高封闭度集成实验。 刘红记得，当时飞机上种植的水果只有草莓，大约一周收获一次。 志愿者们非常重视。 每次收获都要把草莓摆在桌子中间，非常隆重。

此次实验验证了该中国自主开发的生态系统封闭度和比较有效的氧气和水的100%循环再生、食物循环再生达到55%、系统整体封闭度达到97%。

年，“月宫一号”的技术和设备升级为2.0版，新增植物室，植物种植面积达到120平方米，种类增加到35种，提供了越来越多样化的食物。

但最重要的是，还是人。 在这个实验系统中，人类不仅是系统维持生命的目标，还主导着系统的运转和几十个实验的开展，长期与外界隔离，因此需要顽强的耐心和意志力。 因此，实验志愿者的筛选也很严格。 刘红表示，志愿者首先要具备“月宫一号”队伍的6种精神(梦想、热情、豪情、勇气、干劲、担当)，其次是良好的健康状况，不仅仅是身高、体重、血压、血脂、代谢水平，还要经过心理测试，

这次365天的实验，最终留下了8名志愿者。 他们被分成代谢水平不同的两组，分别有两男一女。 为了完成实验的核心任务——为了研究一个生物系统如何稳定保障代谢水平不同的宇航员乘坐组的驻留和轮换——实验分为三组。 第一组负责年5月10日至7月9日和年1月26日至5月9日的第一班和第三班，第二组负责中间的第二班。

现在，最初小组的4名志愿者在“月宫”完成了价格轮实验的最后一班。 船外，刘红率领30人的队伍，全天候监视着他们的“月宫”。

在“月宫”种菜养虫

每天9点早餐后，第二组志愿者褚正佩换上工作服，戴上口罩和手套，在植物ⅱ室开始一天的工作:上午给植物调营养液，采摘成熟的蔬菜，午休后检查植物的生长状态。 有时，她会带着小喇叭来，一边听音乐一边写论文，偶尔也会拉着另一位志愿者王伟一起画画。 植物室安静而充满活力，就像一个秘密的花园。

版本“月宫一号”在2/3的空之间是两个植物室，志愿者大部分时间在植物室工作，人类活动空之间是42平方米的综合室，4个卧室，1个盥洗室，1个

第一组志愿者高寒的首要工作是种麦子，“忙了很久，累得腰疼。 ”。 他告诉《中国信息周刊》，小麦是这个系统中最重要的植物，承担着为志愿者提供粮食、需要氧气等责任。

节约空之间，提高单位面积产量，“月宫一号”团队使用立体栽培技术，在3层植物棚中栽培了共计60平方米的矮株小麦。 在恒温恒湿、led光源的室内环境下，小麦70天就会成熟。 但是“月宫一号”的小麦不是统一播种收获的。 舰长刘慧解释说:“不同的生长阶段小麦的光合速度不同，是吸收二氧化碳的能力和产生氧气的能力不同。” “为了保持胶囊内的二氧化碳和氧气的平衡，我们每周收获三次，每次只收获一部分，补充新的东西。 ”。

即使一次收获2平方米的小麦，也需要3人的协助。 一个用电动剃须刀剪下整个小麦，马上补种，第二个用剪刀剪穗，晾在第三个人身上，脱粒，粉碎秸秆，计量小麦，排出牙膏。

人们常说“修理地球”是指干农活，在“月宫”中被称为“每日维护”。 奇怪的是，志愿者们过去对农作物不怎么爱，但在《月宫》中爱上了这些孩子。 高寒自诩为植物I船舱的主人，以他所负责的作物为“五个美丽的女儿”而自豪。 他还必须每天配置小麦消耗能量最多的营养液，调节光谱，但“成绩”也最好，最终以“颗粒饱满、蛋白质含量高”赢得土豆、胡萝卜、四季豆、葱，

志愿者刘佃磊最喜欢的工作是“养虫”。 他为黄粉虫做素菜:干燥蔬菜叶子素净，生物解决的秸秆中有微生物，是黄粉虫的“腥味”菜。 虫子宝宝越是白白胖胖的，刘佃磊越是说:“哇，又被肉吃了。 ”。

黄粉虫对环境不苛刻，在28℃、70%湿度的环境中快速生长，从虫卵到可食用的2~3厘米幼虫只需要50天。 但他们不喜欢光。 刘红团队专门开发了不锈钢立柜，设有多层，每层可以放置多个圆筒形培养皿，在盘子里放入大量生物解决后的稻草，成为黄粉虫的“公寓”。 平时，立柜的门一关上，不同成长阶段的黄粉虫就会在不同类型的“公寓”里安静地“喂养”。

“其实吃虫子不是大家想象的那样，不恶心，”刘慧说。 每次吃的时候，让黄粉虫饿一天，排出空排泄物，然后磨成粉加到面粉里做成馒头或者和菜一起炒。 她说:“是蛋白质哦！ 炒过之后很香很有嚼劲，很好吃。 ”

两组舰长刘光辉的工作之一是监视这个生态系统中最难看但不容忽视的环节——微生物。 实验开始前，“月宫一号”的室内经过各方面消毒，最终进入，但只是这种体造“桃花源”允许的微生物，不仅影响室内动植物的生长、大小和活力，还会对室内二氧化碳浓度、空空气湿度、固体废弃物的分解速度等产生重要影响

不仅如此，月宫1号1.0版的实验表明，志愿者肠道微生物群落的结构与情绪状态密切相关:如果志愿者体内有较多的损耗菌和考拉菌，他们会表现出越来越多的积极情绪，拟菌与消极情绪有关。 监视胶囊内的微生物也变得极其重要。 刘辉说:“太空但是，我们并不是完全独立生活的。” “我们需要和细菌一起跳舞。

年5月10日，第一组4名参加实验的志愿者在入仓前宣誓。 本社记者鞠焕宗摄影照片来源:本网

生存以上，生活以下

从表面上看，月宫一号就像“世外桃源”。 恒温恒湿，四季如春，远离自然界风雨雷电，远离大城市快节奏的生活，像《三体》的647号人造小宇宙一样惬意、舒适。

早上7点，志愿者们准时起床，早餐后开始各自工作，种植植物，负责健康监测，有人负责解决废弃物。 12点吃午饭。 晚上7点以后是闲暇时间，也有人看书、写论文、把以前没看过的空电影都埋了。

但是，“世外桃源”并不悠闲。 高寒想起了密闭生活一个月后，五月天的歌。 “生存以上，生活以下”、“吃饭、喝水、刷牙也是按照节奏，设定了明天六点半的闹钟吗？ ”。 因为志愿者也是“桃源”的实验对象，所以他们所做的一切都必须符合实验计划，同时被测量、记录、统计、解体，获取科学数据。

每天醒来的时候就开始测量了。 首先在被窝里量体温，起床后，测量体重、血压、血氧浓度。 睡觉前再重复一次。 每周进行3次健康抽样、问卷填写，完成心理咨询视频通话1次、睡眠测试1次。 “他们必然会以科学严谨的态度对待这些测试，不能马虎。 ”刘红说。

志愿者最困难的是在第二班的实验中历时6周的“窗口期实验”。 在自然光和船外景完全不密闭的环境下，为了测试人类的生物节律、新陈代谢、情绪、行为等的变化，飞机内所有的玻璃舷窗都被遮住了。

“大家的心情一开始确实波动很大，但我们很快就自我调节适应了。 ”第二组志愿者王伟说。 她的硕士研究课题正好是“光环境对人的生理和心理的影响”。 她解释说，如果失去身边的自然光和景观，人类会受到生物节律的影响而产生感情波动，但室内的绿色植物在缓解心理压力方面发挥了重要的意义。

骑动感自行车是两组志愿者伊志豪缓解焦虑的秘方。 两个植物室各有一辆动感十足的自行车，当他感到不安时，他骑了半个小时，绿色植物带来了轻松的快乐，运动增加了多巴胺的分泌，他出汗了，身心都变得轻松了。

在屏蔽期间，测量样品的频率也相应地变高。 将健康样本(唾液/尿/大便)从每周3次增加到每天1次，还添加了牙科、心电图等临床判断、呼吸、睡眠、饮食等判断复印件。 志愿者们不知道，但实验小组还在舷窗上安静地装了摄像头，记录下了他们试图看到窗外的次数。

必须在密闭空之间按照规定的流程长时间生活，不产生重复感。 伊志豪在150天的“月宫”生活中，填写130份科研问卷，测量体重、体温、血压、血氧饱和度等健康指标300次，重复“收割、割穗、播种”过程64次，解决150次尿液，至少植物和水 很多笑话也不自觉地重复，最后，大家笑的不是玩笑，而是“怎么又说了一遍”。

他把这个过程形容为“跑马拉松”:一开始新鲜热情高涨，工作效率高。 渐渐地，热情冷却，工作效率开始下降，感情发生变动，直到出现类似“体力极限”的疲劳感。 之后，一切都变成了习性，没有克服，迎来了运动生理学上的“第二次呼吸”，之后，就开始轻快地跑步了。

他甚至得出了哲学结论。 “一切真的只是简单地重复吗？ 植物吸收二氧化碳产生氧气是重复的，生活废水净化后浇灌植物，蒸腾的冷凝水净化后供饮用也是重复的，秸秆固废发酵释放二氧化碳也是重复的吗？ ”。 “人生是一个重复的过程，在重复中锻炼和成长！ 经过多方反复，必然会发现一点问题，这些问题是今后改善的重点和进步的方向。 ”。

长期在封闭的环境中共同工作，志愿者之间形成了亲人般的感情。 一组舰长刘慧和二组舰长刘光辉都在组内比较年长，他们自愿担任厨师的工作。 食谱是固定的，但他们花了心思烹调新意，刘慧学会了在飞机上做花卷。 刘光辉“发明”，推出“月宫蛋糕”“月宫蒸包”等新花样。

年2月15日，旧历除夕也是“月宫一日”种小麦的日子。 把高寒胡静斐和这项工作全部包下来，让“厨娘”刘慧为年夜饭做准备。 光是饺子皮，刘慧就准备了两种面。 绿色用的是蔬菜汁，橙色用的是胡萝卜汁。 在不影响系统封闭度的情况下，经过精确计算，实验小组为他们4人准备了600克猪肉，刘慧完全利用，长出了猪肉葱、猪肉胡萝卜和猪肉白菜3种饺子馅。

船外队也在实验岗位度过除夕。 刘红要求，船外食材不得超出船内作物的范围，“必须同甘共苦、同喜”。 下午5点左右，实验室内外的成员分别坐在电视显示屏前，开始了第一届“月宫春晚”。 在室内外连接上表演节目，发红包，玩游戏，给家人直播“春晚”现场。 当天，船外队员过生日，刘佃磊在飞机上为他表演了“生日快乐”的魔术。 印有蜡烛的特朗普在刘佃磊手里翻转后，自动点亮，又自动熄灭，在月宫内外，唱着生日快乐的歌，互相祝新春快乐。

2月16日年初7点，“月宫一号”胶囊内的工作人员一如往常。

至此，“月宫365”的实验超过了3/4。 经过几年的积累，与年第一期实验相比，“月宫365”计划已经实现了气体平衡控制、光控制和营养液控制等自动化，唯一缺少的是还不能完全模拟空中的失重和辐射环境。

“我们正在寻求搭载月球和火星探测器的机会”刘红将“月宫一号”这个尺度的系统发送到外太空，由于目前条件还不成熟，首先搭载了小型生物再生生命保障系统，然后调整了大系统的矫正参数， “我们还有很长的路要走”。

在刘红的构想中，《月宫一号》还有3.0版，届时智能园艺机器人将代替人类种植和收获作物，机器人将能够完成烹饪等后续工作。 请想象一下。 在未来的月球基地，宇航员只要按下按钮，热腾腾的馒头就会自动送到前面，从农业劳动中解放出来的宇航员将有越来越多的时间探索未知的宇宙。

(《中国信息周刊》年第9号)