北航大學生地面模擬「月宮」生活 幽閉實驗艙里居住365天

2017年7月12日訊， 7月9日下午，北京航空航天大學的劉慧等4名學生再次感受到了入伏前北京城火辣的陽光。在此之前的60天，他們一直在「月宮」里生活，與世隔絕，食物、水甚至呼吸的氧氣都依靠自給自足。他們是北航「月宮365」實驗的志願者。當天換班接替劉慧他們的是劉光輝等新的4位志願者，他們將在「月宮一號」實驗艙里連續居住200天。之後劉慧等人還將再度入「月宮」105天。

第一組志願者在艙內和大家打招呼

累計居住365天。這項實驗如果成功完成，將創造人類在生物再生生命保障系統中密閉生存時間最長的世界紀錄。日前記者採訪了「月宮365」實驗項目首席科學家劉紅教授以及入住「月宮一號」的志願者，探秘地面上的「月宮」生活。專家表示，「月宮365」實驗研究的開展，對保障中國載人月球基地及火星探測等航天計劃的順利進行，保障航天員生命安全和生活質量具有重大意義。

34種作物和蔬菜供給飲食和氧氣

記者在北航學院路校區看到，「月宮一號」實驗艙位於學校一棟不起眼的實驗樓的一層。走進實驗樓，裡面別有一番天地。三個約10米長、3米直徑的半圓柱艙室彼此相連。每個艙室有一扇直徑約30厘米的窗戶。研究人員說，艙室與外界手機信號是隔絕的，要聯繫只能通過內部專用的電話，「我們在艙室外的值班室24小時有人，隨時關注，為裡面的同學保駕護航。」工作人員介紹。

事實上這不是「月宮一號」第一次投入實際應用。早在2014年，就有3位北航學生「宇航員」在全密閉的艙內自給自足生活了105天。與上次相比，今年的實驗又有了新的變化。研究團隊首席科學家劉紅教授介紹，首先是實驗時間更長，累計艙內生活時間將長達365天，「7月9日兩組人交替入艙，交接在專門的『氣閘艙』緩衝帶完成，跟真實的空間站換班一模一樣。」

同時記者了解到，這次新增了一個植物艙，種植的蔬菜、農作物增加到了34個品種，包括作為糧食的小麥、大豆、花生等，作為蔬菜的茄子、西紅柿、油麥菜等，還有作為水果的草莓。「這些植物既保障了我們的飲食，更重要的是通過光合作用產生氧氣，保障了我們的艙內呼吸，非常重要。」劉慧對記者說，目前這些植物生長良好，已經開始收割，「我們已經吃上茄子了。」動物蛋白方面，志願者們除了自己帶了一些肉類外，主要就靠艙內養殖的黃粉蟲補給。他們還帶了一些啟動用水，之後全靠這些水循環使用維持生活。

植物艙內騎動感單車一舉兩得

8位志願者共同參與了「月宮365」實驗。他們分成兩組，以三班倒方式接力完成365天的挑戰。如果成功，這將創下人類在生物再生生命保障系統中密閉生存時間最長的世界紀錄，此前的紀錄由俄羅斯保持，為180天。

這些隊員在艙內如何開展科研、生活？作為第一組艦長的劉慧介紹，他們每天早晨7點起床，經過早餐和健康測試後從9點開始工作。中午11點半是午餐時間，之後還有1個小時的午休。下午兩點開始的工作會持續到大約18點，中間還有一次下午茶。晚上7點的晚餐結束後，志願者進入個人時間，處理一些實驗數據，整理個人的學習總結。

小小的艙室雖然封閉，科研雖然忙碌，但阻擋不了他們「忙裡偷閒」，坐下來下一盤棋，比一比擲飛鏢，或者乾脆把動感單車搬到植物艙里，揮汗如雨一把。「在植物艙運動不僅可以鍛煉身體，而且運動產生的二氧化碳還可以與植物進行光合作用，產生氧氣，一舉兩得。」志願者們說。

到目前為止，整個實驗最大的挑戰出現在7月9日的那次換班。因為在換班期間，8個人要共同生活在全密閉的艙室內，加上第二組的代謝水平高於第一組，給艙內氧氣、二氧化碳濃度的平衡帶來極大挑戰，「系統要進行雙向調節，一部分是自養單元，例如通過增強光照強度，增強植物光合作用，加大產出氧氣，另一部分是異養單元，通過減緩固體廢棄物的處理來減少消耗。」劉紅說，最終志願者們順利完成了任務。

第二批志願者新增健康實驗

7月9日，隨著換班完成，新一組4名志願者進入「月宮一號」實驗艙。在入艙之前，這組志願者中的艦長劉光輝介紹了全組的工作分工：劉光輝曾參與過「月宮一號」一期的研究，他主要負責固體廢棄物處理以及小麥脫粒、秸稈粉碎等；副艦長伊志豪負責糧食作物的種植；褚正佩負責蔬菜種植；王偉本科在首都醫科大學學習生物醫學工程，自然而然成了組裡的健康管理員，負責健康監測及小組物品的管理。

記者了解到，與第一批志願者相比，第二批志願者將新增健康類別的實驗。王偉說，目前他們已經設計了關窗實驗，到時候將把三個艙的圓形透明窗口關閉一個月。在此期間，將記錄志願者的身高、體重、體脂率呼吸氧耗、心率等體格指數，並將利用情緒軟體、生物標誌物觀察心理狀況。

劉紅也告訴記者，這200天當中，大家最關心的就是關窗實驗。在正常生活中，人們可以通過日升日落等光的節律變化來感知時間，由此安排作息，形成生物鐘。此前，志願者還能通過窗戶感受外部世界的時間變化；關上窗戶後，他們就將無法感知光節律，「我們將觀察志願者在幽閉環境中的心理和生理變化，以及自然光節律對人的情緒的影響，並採取應對措施。」劉紅說。

同時，實驗還將研究腸道微生物與人的情緒變化之間的關係，不同種類的植物對人的情緒調控作用等。

迷你「天宮」將上天做對比實驗

劉紅說，我國神舟系列飛船還有國際空間站通常會攜帶全部物資，或通過物理化學方式再生氧氣和水，宇航員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。然而如果人類在未來進行更行長時間、更遠距離的太空探索，食物完全通過攜帶儲存供給，或進行地面補給都將變得十分困難。有效的解決辦法就是依靠「生物再生」，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。

在這樣一個系統真正飛向太空之前，我們需要在地面構建一個一模一樣的系統，進行一系列集成試驗研究，為將來人類真正在太空居住提供保障。這就是「月宮一號」的目的。

劉紅也坦言，目前的「月宮一號」實驗研究依然有一定局限性。因為現在模擬的是一個封閉、隔絕的環境，但是實際上在外太空中還會有重力、電磁場的改變，會有長時間低劑量輻射的問題，這些可能都會對生物系統以及生物之間的關係產生影響。因此未來要爭取做一些搭載的工作，做兩個迷你系統，地面一個，天上一個，進行對比矯正參數。她用手比劃著，「就像小罐子這麼大，裡面設置不同的生物，進行觀察研究。」劉紅說，這在目前全世界都尚無先例。「預計未來10年到15年，通過一系列的搭載，這項研究將有望取得明顯進展。」

將為人類太空探索打下基礎

記者了解到，「月宮一號」即「空間基地生物再生生命保障系統地基實驗裝置」，世界上只有美國和俄羅斯掌握該技術，這項研究對保障中國載人月球基地及火星探測等航天計劃的順利進行、保障航天員生命安全和生活質量具有重大意義。

中國載人航天工程總設計師周建平院士參加了7月9日的換班儀式。他說這次實驗的技術水平特別是閉合度方面有相當大的提高，劉紅教授的團隊自己做研發，自己又親身參加實驗，這對提高實驗質量、效率，獲得更多科學成果是非常有益的。

周建平說，生物再生式生命保障技術是人類探索太空、建立地外基地、支持人長期地外生存最重要的生命保障技術方向。如果能夠實現高度閉合、甚至完全閉合的生命保障技術，人類在地外生存就會解決時間問題、資源問題等一系列制約因素，可以向前邁進一大步。劉紅教授團隊的長期探索，會為人類的太空探索提供有力的支持，打下一個很好的基礎。

周建平說，這次實驗長達365天，在探索生命保障技術的同時，對了解人在封閉環境下如何做好心理支撐，如何有效協同、積極工作、健康生活，也是非常重要的。長期的太空飛行，對人各方面都是很大的挑戰。希望參加實驗的志願者要積極探索如何互相協作、互相支持，為今後保證航天員在太空中的身心健康積累經驗。

來源：北京晚報 記者 張航 文並圖

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