現在，太空探求正如火如荼，各航天大國都有載人航天計劃，目的就是要把人類送到太空去。人類要進入太空，首要得了解太空。人在太空中是沒方法生計的，不只是因為真空環境，其他還有很強的國際射線。當太陽照射到物體表面的時分，溫度或許高抵達一兩百度甚至更高；溫度低的時分或許低至零下七八十度，甚至更低。在這樣的環境，不采用方法人類是無法生計的。

 

人類怎樣完結在太空中長時間生計？

人類在太空怎樣可以生計下來呢？首要要有一個密閉艙的系統，這個密閉艙系統要可以很好的防輻射，并在里面制造一個適合的空氣壓力，什么叫適合？就像地球的大氣壓就是適合的。還要有適合的溫度濕度， 60%左右的濕度是比較適合的，我們制造了適合的濕度，然后在里面還要制造空氣流速，這個是非常重要的。那問題來了，在家不開電扇的時分，我們也活的挺好的，為什么要在太空中要制造適合的空氣流速呢？因為在太空中微重力的條件下，空氣不對流，假定不人為的攪動空氣，空氣是中止的，完全賴濃度的差異來進行對流，速度是很慢的。假定這樣，待在一個當地不動就會被憋死，因為頭部周圍的二氧化碳濃度會特別高，然后導致二氧化碳中毒，所以空氣的流速是很重要的。

太空艙是一個封閉的系統，空氣污染物很簡略累積。密閉艙里有許多材料，這些材料會發作許多污染物，這類污染物占一大部分，也有許多污染物來源于人類自身。我們人在活著的過程中，每時每刻都在開釋污染物，大約有兩三百種，人在密閉艙系統里會把自己毒死，所以必定要進行空氣凈化。

人類怎樣完結太空長時間生計

上圖中，藍的一圈是環境保證，有了環境保證我們在這兒大約可以待一段時間，但是待不長。因為我們還缺許多物質，就是里面綠的這一圈，它會提招供活著需求的空氣、食物、水，并把發作的廢物進行有用的處理和處置，這套系統叫物質條件保證系統。有了環境、物質，我們在里面可以活下來了。但是因為太空跟地上不同很大，重力有差異，輻射會更強，還有封閉的環境比較狹窄，我們或許會郁悶，甚至會郁悶，所以我們還要處理人的生理、心思健康調控的問題。

三大系統保證太空中人類的安全

這樣我們就構成三大系統：艙室環境控制系統、生命保證系統、健康保證系統。我們團隊研討的主題就是生命保證系統，是這兒邊最凌亂和最重要的系統。假定現在我要把你送到太空，假定只允許你帶一種物質，你要帶什么？

地球上一切的物質隨意帶，包括金剛鉆、藍寶石、紅寶石、豪華包都可以帶，那你選擇帶什么呢？有人說帶水、氧氣、3D打印，我們的主見是不一樣的。我們要看人在太空中，對人最重要的物質是什么？沒有氧氣我們能活多長時間，一般是3-5分鐘，對我們第一重要的是氧氣。

接下來是水，假定沒有水能活多長時間？大約能活三五天。對我們來說第二重要的是水。

第三重要的就是食物。這樣我們就知道了關于人來說，最重要的是氧氣、水和食物。在地球上最重要的是不要錢的，比如說氧氣，沒有人說你今天呼吸了多少氧氣，在嘴上設備一個計量器，喘了多少氧氣要計費。我們要知道，廉價的東西不等于不名貴，最重要、最名貴的東西是不要錢的。

生命保證系統

接下來就要進行廢物處理了，因為我們吃了、喝了、喘氣了必定會有廢物發作。比如人會排泄，有糞便、尿液，還有許多衛生廢水。其實還有一種廢物，我們往常沒有太注意到，就是二氧化碳。

假定我們注重新聞會聽到許多，地球溫室效應的首惡巨惡是二氧化碳，所以我們都很敵視它。那么二氧化碳真的一無是處嗎？二氧化碳有什么用呢？二氧化碳有非常重要的作用——光合作用。地球上光合作用最主要的材料就是二氧化碳，沒有二氧化碳我們是沒有方法活下去的，因為光合作用發作了氧氣、發作了食物，我們才華活下來。因此可以說地球上假定沒有二氧化碳，地球上幾乎一切的生命都將不復存在，所以二氧化碳是很重要的，并不是一無是處。一切都是辯證的，沒有必定好的東西，也沒有必定壞的東西，我們要用辯證的思想去考慮問題。

我們給人供應氧氣、水和食物，并且對它發作的廢物進行有用的處理和處置，這個系統就是滿意人在太空中生計所需求物質的一套生命保證系統。生命保證的方法有許多種，最簡略的方法也就是現在一些飛船的方法，我們叫攜帶式，就是所需求的東西都帶著，比如氧氣、水、食物都帶著，然后對它發作的廢物打包存起來，二氧化碳用一些吸附劑吸附，然后去除掉，這就是攜帶式。

來核算一下需求帶多少物資，假定一名航天員，身高170厘米，體重70公斤，男性，在中等勞動強度下，稍微干一點輕體力活，再做一些腦力勞動，這樣一個人需求的熱量是2800千卡/天，這種條件下他每天需求吸收0.83公斤氧氣，開釋出0.95公斤二氧化碳，需求15公斤的水。其實15公斤水是很少的，在上海日子，日常每人每天消耗應120-150公斤左右的水，宇航員也就差不多非常之一，現已很節省了，凍干食物0.65公斤，估計是16.4公斤/天。

那么去太空、月球、火星探求，或許不只這么多。假定待一年就需求6噸，把這些東西運到天上就要算一算花多少錢。這是送一個人到近地軌道空間站所需求花的錢，保存估計360 000 000人民幣，要送到月球的費用是3600 000 000人民幣，多了一個0，要送到火星是36 000 000 000人民幣，再加一個0。即使有錢，在技術上估計也是不或許的。比如要去火星，那邊說缺物資了，還要等發射窗口，你或許要等一年，一年往后或許現已變成木乃伊了，因為火星上是真空的環境，一旦物資消耗完了，在真空環境里很快就變成木乃伊了。所以從技術上也是很難完結的，那怎樣辦呢，我們有必要要用其他技術來處理，我們有必要要原位循環再生。

生物再生生命保證系統：太空長時間住留探求不可或缺

生物再生生命保證系統

近地軌道空間站是怎樣原位循環再生的呢？是用物理化學再生的方法。從上圖可以看出，可以把很大一部分氧氣和水循環再生。仔細看就會發現，人消耗氧氣，發作二氧化碳，二氧化碳會被收集、濃縮，然后進入反應器，一起進入反應器的還有水電解發作的氫氣，二氧化碳就會被復原生成水，凈化之后可以給人喝，當然人發作的尿液也會被收集然后凈化。

現在國際空間站上，可以再生50%的氧氣，再生75%的水，食物完全是從地上攜帶來供應的。所以這樣一套系統，很顯然不適合我們在月球或許在火星上長時間住留，那么怎樣辦呢？

關于國際來說，地球是特別渺小的，它特別像一個球形的飛船，千千萬萬的生命日子在地球這個球形飛船上面，那么這些生命是怎樣活下來的？地球上的氧氣夠支撐地球上的生物活大約兩千年，而我們地球上的生命現已接連了幾十萬年，即使關于人類來說，從有文字記載初步，到現在現已有1萬多年了。這就有一個悖論，一方面資源非常有限，其他一方面物種的生命是無限接連的。那么地球怎樣處理這個悖論呢？就是地球的生物圈。

地球生物圈有一個物質循環，它生成凌亂的生態系統網絡，使地球上的物質可以一貫循環再生，因此完結了生命在地球上的永續存在。所以我們就要向地球學習，人類要進入太空，到地外去流浪，到地外去探求，就要學習地球的生態系統。在更小的飛船里面構建一個生態系統，用這樣的生態系統來循環再生人們需求的氧氣、水和食物，把廢物進行處理和循環再運用，這就是生物再生生命保證系統。

它可以給人供應一個類似于地球生態的環境，可以在保證物質需求的一起，讓我們心境愉悅，遠比現在的空間站里愉悅許多，空間站就像一個收容所。地球生態系統沒有主人，地球上一切的生物都是這個生態系統中的一個鏈環，地球的生態系統也不是盤繞著人構建的。生物再生生命保證系統跟它有很大的差異，它是完全盤繞人的需求來構建的，并且是由人控制的，所以人是這兒的操作和控制者，因此這個系統被認為是國際上最先進的閉環回路生命保證技術，是載人深空勘探有必要的要害技術。

我的團隊是從2004年初步這項研討的，到現在現已完結了國際上時間最長，閉合度最高的長時間有人密閉實驗。通過15年的時間，我們先通過引入技術，學習國外的一些先進經驗，但可學習的東西并不是許多。我們通過15年的學習和更多的自主研討，從無到有建立了自主知識產權的生物再生生命保證系統理論和技術系統。

生物再生生命保證系統方向研討發展

六大要害技術，助力月宮一號完結物質循環和系統平衡

我們建立了地基實驗系統，因為我們研討許多技術、理論、方法要把它集成在地基實驗系統中進行演示、驗證以及進一步研討和打開。月宮一號，是由一個概括艙、兩個植物艙組成。地上面積160平方米，總的體積是500立方米。概括艙里面有人的居住空間，還有洗漱等日子有必要的空間，更重要的是里面有廢物處理室，在這兒邊處理三大廢水，包括尿液、衛生廢水和空氣冷凝水，處理各種固體廢棄物包括人排泄的固體糞便，秸稈以及在這兒邊培養的黃粉蟲發作的糞，還有日子廢物等。在植物艙里面培養各種作物，包括糧食作物、蔬菜作物和生果。之所以設置兩個艙有多種考慮，會有一個互為冗余，互為備份的考慮。因為不同的植物需求的環境條件是不一樣的，我們在里面做各種切開，完結更符合植物生長需求的環境條件。

月宮一號的中心是物質循環和系統的平衡。這兒涉及到六大要害技術，包括在這樣狹窄、密閉、資源受限的環境里怎樣培養動植物，怎樣對廢物進行高效的處理等，在系統層級包括系統的規劃、作業以及調控。我們盤繞這些打開了許多的研討作業。

月宮一號的中心與要害技術

在這些研討的基礎上，我們集成建立了月宮一號系統。我們在2014年做了月宮105實驗，做了105天，那個時分里面培養了21種作物。有人問為什么種21種，我們要保證營養健康，從營養學的角度有一個要求，應該盡或許的多樣性，這個多樣性有一個最小的規范，應該吃植物性的食物不少于21種，這樣才使我們營養均衡，每種食物所含的營養不一樣，多種組合才華滿意我們的需求。所以往常我們要食物多樣化，不能挑食，21種是最最底子的要求，當時因為資源的束縛，所以我們就設置了21種作物。

一起在這兒進行動物的培養，這也是我們的立異之點。我們選擇出了黃粉蟲，然后用秸稈通過生物轉化來培養黃粉蟲，它是給人供應動物性蛋白和動物性油的。一起選擇出來適合在密閉系統培養的微生物，來進行廢物處理。這是系統中的物質循環，通過這個物質循環，我們完結了閉合度97%，這在當時2014年現已是國際上最高的閉合度，氧氣和水是百分之百循環再生，食物再生55%，當時初度完結了人—植物—動物—微生物構成的四生物鏈環系統。而在我們之前，俄羅斯和美國他們只是做到了人和植物的兩生物鏈環，而我們做到了四生物鏈環。

月宮365實驗：國際上時間最長的BLSS地基模仿實驗

105天實驗之后，通過了晉級和打開，又做了月宮365實驗。那么為什么我們做了月宮105實驗又要做月宮365實驗？前面做月宮105實驗我們是榜初度做這個實驗，主要是演示驗證我們前期建立的理論方法和技術是否可行，向哪個方向進一步打開。在這之后我們要考慮一個非常重要的問題，就是我們在太空中建立了這樣一個生物系統，這是一個系統，但是來的人是不一樣的，我們不或許把一批航天員，送到月球上，然后待一輩子，是不能的。必定會有乘員組換班，一旦涉及到乘員組換班就會涉及到人與人之間的差異，不同的人代謝水平是不一樣的，消耗是不一樣的。但是生物系統只需一個，要讓這個生物系統習氣不同代謝水平的乘員組，換班一起在那個當地待許多人，會有很高的系統沖擊。要滿意在任何情況下都可以平穩的作業，都可以安穩、平衡，月宮365實驗最主要是研討這樣一個生物系統怎樣支撐不同代謝水平的乘員組，怎樣讓它完結平衡。

“月宮365” 實驗“

因此這次的規劃跟前次是不一樣的，我們有兩組乘員，分三個階段值班。第一組值第一班，60天，第二組來換班，他們會有一個奉告，之后第一組出去，第二組留下來再值200天班，200天滿后，第一組又回來換班奉告，之后第二組出去，第一組留下來，再值105天班，這是365天，所以叫月宮365實驗。

但我們還要研討一個問題，這是有預謀的，當時沒有奉告他們，當時說只做365天，快要到365有利地勢他們都很激動，馬上就可以出艙了，然后我們奉告他們對不住，因為任務的需求你們還要再待5天，這叫非預期加班。就是讓他們心思發作很大的不堅定，很不滿意，為什么我們該回去還不讓回去，會很不高興，很憤怒，然后很郁悶，我們要研討他是怎樣憤慨，怎樣郁悶的，怎樣讓他不郁悶，怎樣來調解，因此又加了5天，所以加起來是370天。

我們還做了許多糟蹋：停電了、設備壞了，各種沖擊，來應戰系統的安穩性。月宮365實驗我們培養了35種作物，包括糧食、蔬菜、生果，幾乎往常吃到和吃不到的，在這兒邊都有，最誘人的生果是草莓。這兒邊除了植物以外，黃粉蟲還在，廢物處理的微生物還在那里，除此之外增加了植物益生菌，運用秸稈培養蘑菇，給人供應一部分蘑菇蛋白。這樣就形成了凌亂的四生物鏈環系統。完結了系統閉合度98%，氧氣和水百分之百循環再生，食物再生83%。

系統中對植物的培養跟地球上不一樣，我們叫階梯半接連培養，一起可以拍到十張甚至三十張植物的相片。為什么這樣做？跟我們人的呼吸消耗的氧氣和植物資氧匹配不到一起是有聯絡的，因此有必要階梯半接連培養才華完結氣體的安穩。我們會發現，地球南半球和北半球氣候是互補的，一起還有大氣環流，東半球和西半球日夜是互補的，有這樣的大氣環流，實時把氣體進行混合，這樣就使得我們在冬季消耗的氧氣發作了二氧化碳綿綿不斷地送到南半球，而南半球綿綿不斷把氧氣送過來，反之亦然。白日晚上也是這樣替換的。

 

地球從規劃上就是全球一體化的，假定割裂開來，比如說在美國處于晚上的時分，我們把閥門關上，他們或許就會憋死。假定南半球、北半球中心壘一堵墻或許在南半球進入冬季的時分，他們也會憋死。

我們還要做一個非常重要的作業，就是做空間搭載，規劃一個小型系統，搭載月球火星勘探器，進入太空，通過六合對比獲得校正參數，校正我們地上大系統的參數，通過校正后我們就可以把系統運用到地外，比如說月球、火星以及星際飛船上。

未來太空旅游就可以用到這樣一個可以持續保證生計的生命保證系統，在這樣誘人的環境里面來日子作業。這個技術也可以用到地上，比如地球上的一些極點環境，包括高原、沙漠以及水下、地下這樣一些場合。

從科學上來說，我們要向天然學習，有許多值得我們學習的東西，我們要不停地去查詢、去學習，才華夠進行原始立異。