山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

刘红,北京航空航天大学的教授。

刘红是山东齐河人,刘红说,要做这个时代的追梦人。

作为一名科学家,刘红是月宫一号的总设计师。

中国人一直有着强烈的探索月球的热情,从嫦娥奔月到新时代的月宫一号,以及玉兔号月球车。

不得不说,中国航天人为月球探索贡献了自己的力量。

月球和地球不一样的地方在于,地球是一个有着氧气可以生产人类所需要食物的星球。

而人类到达月球生活,首先要解决的事情就是吃喝拉撒睡。

中国科学家如何解决在地球上再正常不过的日常生活难题呢?

和【CC讲坛】一起,来听刘红和月宫一号的追梦历程。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

生物再生生命保障系统,简称BLSS。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

这个生物再生生命保障系统,它是基于我们地球生态系统的原理,将工程控制技术和生物技术,有机结合构成的一个由植物、动物、微生物,组成的人工闭合生态系统。

在这个生态系统中人类所需要的,刚才我们说到三种物质,氧气、水和食物都可以循环再生。并且非常重要的是,它给人提供的环境,是类似于地球生态环境。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

这样一个系统它的核心是什么?核心是要在这个系统中,实现物质的再生循环,可以永远的循环下去。那么它的关键技术就会涉及到各种生物的高效栽培技术,废物的高效处理技术,那么以及我们这个系统如何来设计和构建。

它涉及到很多的理论问题,比如各种生物在这样特殊环境下,它的定量的描述的问题,以及各种生物之间的定量关系。这方面的研究,我们北航是从2004年开始的,到今年整整10年整。2004年以来我们开展了,从系统的关键单元技术,到系统的理论和涉及计算方法的一系列的研究,取得了大量的成果。但是这些理论方法和技术,能不能用到太空,我们不知道。因为我们一直做的都是单元的研究,那么我们要在把它用到太空之前,我们必须要在地面,进行演示验证。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

因为我们需要构建一个,地基综合实验系统,我们把它叫做空间基地生命保障人工闭合生态系统地基综合实验装置。很长很难记,一般人都记不住,只有我们课题组的人,才能把这句话说得顺溜。因为很多的媒体也在说这个,能说顺溜的不多,为了简单为了大家容易记,也为了我们交流上的方便,所以我们把它称为月宫一号。

之所以叫做月宫一号,因为它会首先用到月球上,我们要用这个系统来进行演示验证。我们刚才说的理论方法和技术,同时还要进行系统的调控,和运行技术的研究。那么我们从这个图上,我们可以看到,我们这个系统由三个舱组成。一个综合舱,两个植物舱。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

综合舱包括四间卧室,四间卧室是独立的。因为网上有人会问,有男有女在里面做实验,是不是不太方便。每一个房间都是独立的,像你住的宾馆标间是一样的,所以可以保证它的私密性的要求。那么四间房间就意味着,我们这个系统,可以满足四人生命保障的需求。

此外还有饮食交流间,在这里面有一个开放式的厨房 ,有餐桌还有控制系统。那么它的设计,这样的一个设计就是为了在我们做饭的时候,在饮食交流的时候,可以兼顾我们的控制系统。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

此外还有洗漱间,更重要的是在我们这个综合舱,还有一个废物处理间。这个废物处理间非常的小,大概只有小于10平米,但是它的功能非常的大。

因为我们在这里面,要处理三种废水。一种是空气冷凝水。空气冷凝水,主要是由于植物的蒸腾蒸发作用,人的呼吸 ,以及废物处理过程中产生的水汽冷凝获得的。我们把这一部分空气冷凝水,经过净化之后 ,一部分给人饮用和生活用。其它的部分和我们另外两种废水,一个是人产生的卫生废水,还有人的尿液,净化后的这两种废水,跟空气冷凝水一起循环用于植物栽培。这样我们的水,就可以充分的循环起来了,因此我们的水是百分之百循环的。

接下来我们来看,在废物处理间还有一样东西,我们叫废物生物转化器。那么在这个废物生物转化器中,我们会处理秸秆植物的其它的人不吃的那部分的生物量,我们叫植物不可食生物量。以及人的粪,把它们一起进行共发酵,来进行处理,获得的基质。我们可以循环用于植物栽培,而在这个发酵过程中,会发生大量的二氧化碳。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

月球生活想象图

二氧化碳对于我们这个系统来说,是一个宝贵的东西。虽然现在大家都说全球变化(暖),二氧化碳浓度升高,似乎,二氧化碳是一个很讨厌的东西。请大家记住,如果地球上没有了二氧化碳,也就没有了人类。因为只有有二氧化碳,植物才能进行光合作用。我们才有了食物,才有了氧气,才有了水。所以,二氧化碳也是一种重要的资源,那么,我们会把这些富二氧化碳的空气,送到植物舱。然后在植物舱,植物利用它进行光合作用,又产生了氧气 再送回综合舱供给人以及废物处理等来使用。这样我们的氧气和二氧化碳,是可以循环起来的。

山东齐河女科学家设计月宫一号 中国人如何才能在月球生活?

实际上在废物处理间,还有一个非常重要的东西。这也是我们这次实验的,一个创新点之一,就是有一个动物培养箱。它非常的小,因为它里边培养的是虫。昆虫,它的名字叫黄粉虫,俗称面包虫。之所以叫面包虫是因为它可以吃。所以大家不用害怕,很多人吃过知了,它的味跟它是一样的,非常的好吃。

那么我们把植物的秸秆,经过生物处理之后,然后来饲喂黄粉种。这样,我们可以获得一部分动物蛋白,而这部分动物蛋白可以给人食用,而黄粉虫的粪,又可以经过处理之后,循环用于植物栽培。这样我们大家可以看到,我们这个系统的氧气、水都可以循环利用起来,并且一部分物质也可以循环利用起来。而植物舱通过光合作用,利用二氧化碳,同时利用送过来的处理后的水,那么它进行光合作用,给我们生产植物性的食物。包括粮食作物、蔬菜作物和水果,这样我们的食物,很大程度上都可以循环利用起来。那么我们一期建成了,一个综合舱、一个植物舱可以满足两到三人生命保障需求。