[科普中国]-月宫一号

“月宫一号”是北京航空航天大学建立的空间基地生命保障人工闭合生态系统地基综合实验装置。是为了集成验证生物再生生命保障系统单元技术、研究系统基础理论和方法、系统设计理论和方法、系统调控技术而建立的大型地基实验系统。

“月宫一号”，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。

自2004年起，北航刘红教授经过10年努力研制出我国第一个世界上第三个空间基地生命保障地基综合实验装置“月宫一号”，并于2014年5月成功完成了我国首次长期高闭合度集成实验，密闭实验持续了105天。使我国此项技术水平与国际最高水平同处于同一水平上。研究成果将为我国今后深空探测生命保障提供理论和基础技术。

背景意义宇航员要离开地球，在遥远的太空中生存，离不开氧气、水和食物。在我国神舟系列飞船、国际空间站、苏联/俄罗斯和平号空间站中，通常会携带全部物资，或通过物理化学方式再生氧气和水，而宇航员吃的食物只能一次性携带充足，不能再生。然而，如果人类在不远的未来，进行更行长时间、更远距离的太空探索，例如构建月球、火星基地，由于路途遥远，食物完全通过携带储存供给，或进行地面定期补给将变得十分昂贵且很难实现。因此，仅仅依靠携带或物理化学再生方式满足生命保障需求，载人深空探索几乎不可能实现。解决办法是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飞向火星的飞船中，构建一个类似地球生物圈的小型生态系统。科学家们把这样一个小型生态系统称为“生物再生生命保障系统”。

随着载人航天技术的飞速发展，“建成具有自主知识产权的生物再生生命保障系统，解决建立月球基地生态环境中的关键性理论与技术问题，为建立火星长期居住基地解决生态生命保障问题”被列为我国空间科技发展的战略目标之一。尽管我国的生物再生生命保障系统研究取得了一定的成果，但与其他航天大国相比，在相关领域的研究仍处于比较滞后的阶段。直至2013年以前，我国所进行的生物再生生命保障系统集成实验，基本上利用植物解决了人在封闭环境下的呼吸问题，但是在“月宫一号”建成之前，真正意义上的可实现满足人的主要营养需求、高闭合度的生物再生系统密闭实验还尚未开展。

系统原理“月宫一号”是能与地球媲美的“微型生物圈”，可实现航天员在远离地球的太空长期生活的目标。“生物再生生命保障系统”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、微生物组成的人工生态系统，人类生活所必需物质在系统内循环再生，为人类提供类似地球生态环境的生命保障。

在“月宫一号”的生物再生生命保障系统中，栽培了粮食作物、蔬菜和水果，饲养了动物（黄粉虫），还有微生物来降解废物。植物不仅能够给宇航员提供食物，还可以通过光合作用产生氧气、通过蒸腾作用获得纯净的饮用水。植物中人不吃的部分，比如作物的秸秆、蔬菜的根和老叶败叶，可以被用来饲养动物，为宇航员提供优质的蛋白和更合理的氨基酸配比。最后，剩下的植物不可食部分，人的排泄废物，厨余/生活垃圾，被送进微生物降解环节，微生物可以分解被固定的碳，变成二氧化碳进入到空气中重新被植物利用进行光合作用；从尿液中回收水和氮素以及经过生物净化后的卫生废水，用于灌溉培养植物。植物吸收了这些废物处理产生的二氧化碳和水，又可以不断生长出新的食物。这样，就形成了“月宫一号”里物质的闭合循环。

组成月宫一号由一个综合舱和两个植物舱组成，综合舱面积42平米，高度2.5m,每个植物舱面积50-60平米，高度3.5米。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。整个系统建成后可满足四人长期高闭合度的生命保障需求，开展各种科学实验研究。

已建成并实验成功的“月宫一号”一期包含了一个植物舱(58平米，三层立体栽培，种植面积69平米）和一个综合舱（42平米），可以为3位志愿者提供生命保障。二期建成后，将由1个综合舱和2个植物舱组成，每个植物舱分隔为2个植物间，可根据不同植物生长需要独立控制环境条件。

目前正在建设二期，第三个舱的主体工程已经完成。

发展历程自2004年起，北航刘红教授团队[4]瞄准国家载人深空探测重大需求，怀揣着月球梦，团结协作，坚韧拼搏，引进外国专家100余人次，通过引进消化吸收再创新继而自主创新，从无到有建立了空间生物再生生命保障技术体系。经过近10年的执着奋斗，系统开展了BLSS从单元关键技术到系统基础理论与系统基础调控方法的研究，建立了面向空间生命保障的生物再生生命保障系统基本理论和技术体系[引用专著]及研究方法，2013年10月研制出地基综合实验系统——“月宫一号”，2014年1月-5月成功进行了我国首次长期高闭合度集成实验，密闭实验持续了105天，研究结果将为我国今后深空探测生命保障提供理论和基础技术。目前正在扩建，建成后将陆续开展系列有人实验，为月球基地等深空探测活动提供技术支撑。

实验成功5月20日，北京航空航天大学校园内，伴随着众人的掌声，谢倍珍（舰长）、董琛、王敏娟三位志愿者从“月宫一号”密闭舱中走出来，105天的试验获得成功，标志着月球基地生命保障人工闭合生态系统地基实验装置“月宫一号”成功完成我国首次长期多人密闭试验。

“月宫一号”首次有人实验

开放预约2018年4月12日，北京航空航天大学新闻网发布通知，在第三个中国航天日即将来临之际，北航“月宫一号”科普基地4月22日至23日向公众开放，即日起接受电子邮件预约。1

由于“月宫365”实验（自2017年5月10日至2018年5月10日）正在进行中，为不干扰实验的正常进行，因此仅允许预约成功的参观人员进场。

本词条内容贡献者为:

刘红 - 教授 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院