4 物質(zhì)生活——閉合度98 %

在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)完全依靠艙內(nèi)的物資生活，氧氣、水和食物在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生。

說起在“月宮一號”中的生活，志愿者高寒用“生存以上，生活以下”幾個(gè)字來概括。

生存以上即指“月宮一號”能夠?qū)崿F(xiàn)人類生存所必需的氧氣、水和食物在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，可以為志愿者提供類似地球生態(tài)環(huán)境的生命保障。生活以下說的是在“月宮365”的實(shí)驗(yàn)中，志愿者們每天吃的食物，喝的水，排泄的廢物，工作休息的時(shí)間，早晚身體的各項(xiàng)生理指標(biāo)，甚至心理情緒出現(xiàn)的波動等，都會轉(zhuǎn)換成為科學(xué)的數(shù)據(jù)，被記錄下來，成為研究的重要參數(shù)，為以后其他環(huán)境中的生物再生生命保障系統(tǒng)，甚至月球基地等深空探測活動提供參考。這就要求志愿者們以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)為目標(biāo)，而不能以生活質(zhì)量為目標(biāo)。

此次“月宮一號”的系統(tǒng)閉合度達(dá)到了98% ，“如果一個(gè)人需要100kg食物，有98kg可以通過這個(gè)系統(tǒng)來滿足，那么閉合度就是98% 。”劉紅介紹，除了帶一些肉食、佐料以及需要給植物補(bǔ)充的營養(yǎng)液外，團(tuán)隊(duì)要完全依靠艙內(nèi)物資生活。

那志愿者在艙內(nèi)都吃些什么呢？ 與2014年的實(shí)驗(yàn)相比，本次實(shí)驗(yàn)新增加一個(gè)植物艙，艙內(nèi)蔬菜、水果等增加到了30種以上，土豆、西紅柿、平菇、茄子等都是新增加的種類（圖11）。除蔬菜外，食物中蛋白質(zhì)的重要來源之一是黃粉蟲。相比于牛、羊等大型動物，昆蟲不僅飼養(yǎng)數(shù)量不大，人不會和其建立感情依賴，而且飼養(yǎng)過程中很少產(chǎn)生環(huán)境污染。黃粉蟲不僅能提供優(yōu)質(zhì)的動物蛋白，還可以以系統(tǒng)中植物的秸稈、蔬菜老葉等為食，成為系統(tǒng)廢物處理的環(huán)節(jié)之一。

圖11“月宮一號”帶來的蔬果

實(shí)驗(yàn)過程中，志愿者劉佃磊學(xué)會了吃黃粉蟲，將黃粉蟲放在平底鍋中炒至酥脆，然后與小麥一起粉碎制成面粉，經(jīng)發(fā)面蒸成饅頭；或是用植物油炒熟直接食用。他調(diào)侃說：“油炒之后的黃粉蟲味道與油炸螞蚱味道類似，可以用4個(gè)字概括‘香、嫩、酥、脆’，余味微苦，但回味悠長！”

小麥?zhǔn)恰霸聦m一號”生命再生保障系統(tǒng)中的核心糧食作物，不僅提供主食，還有著吸收二氧化碳、釋放氧氣、凈化水源以及精神慰藉的作用。對于小麥，志愿者們以70天為一個(gè)周期進(jìn)行循環(huán)種植。不斷收割下來的小麥也在志愿者的巧手中被制作成面片湯、饅頭、花卷、包子等食物。

5“月宮365”的生理與心理實(shí)驗(yàn)

“月宮365”實(shí)驗(yàn)中對志愿者精神狀態(tài)進(jìn)行全程跟蹤記錄（圖12）。

隔離封閉的環(huán)境、缺少足夠的隱私空間和單調(diào)的工作任務(wù)都會增加航天員的孤獨(dú)感和無聊感，引起抑郁、焦慮等負(fù)面情緒反應(yīng)。 曾有研究表明，人的情緒在任務(wù)全程中可能存在某種模型，負(fù)面情緒的出現(xiàn)或有規(guī)律可循，如研究清楚則可實(shí)施針對性的調(diào)節(jié)措施以規(guī)避負(fù)面情緒。

“月宮365計(jì)劃”的重要內(nèi)容是對志愿者們的精神狀態(tài)進(jìn)行全程跟蹤記錄。實(shí)驗(yàn)主要以3種途徑來進(jìn)行志愿者心理測量監(jiān)控。 自我報(bào)告法，包括問卷法和實(shí)驗(yàn)法；通過電話訪談和分析日志來了解乘員情緒、需求等心理狀態(tài)的變化；有視頻錄像等行為觀察的手段，通過行為表情分析軟件分析乘員的情緒變化等。

圖12“月宮365”計(jì)劃1組志愿者在艙內(nèi)工作

2017年10月6日開始，“月宮365”開展了為期6周的遮窗實(shí)驗(yàn)。在完全遮擋自然光線的情況下，乘員們度過了全密閉無自然光照的實(shí)驗(yàn)階段。在此期間，乘員們的新陳代謝、激素水平、睡眠、心率、體溫、情緒、行為等各項(xiàng)生理和心理數(shù)據(jù)都被記錄下來。

另一項(xiàng)重要的心理實(shí)驗(yàn)是原定于5月10日的志愿者出艙日期突然被推遲到了5月15日。為什么原本計(jì)劃進(jìn)行365天的實(shí)驗(yàn)，突然又增加了5天呢，原來這是“月宮365”實(shí)驗(yàn)“故意為之”。 由于各種原因?qū)е碌挠詈絾T不能按規(guī)定日期返回地面的情況有很多，此次延遲出艙也是實(shí)驗(yàn)團(tuán)“故意”模擬突發(fā)狀況，而這完全是在艙內(nèi)志愿者事先并不知情的情況下發(fā)生的。志愿者在這一過程中的心理和情緒變化也會通過填寫量表和測試各項(xiàng)生理指標(biāo)被記錄在冊。

“對于身處太空的宇航員來說，每延長一天，都是極端的考驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)所積累的生理和心理數(shù)據(jù)，以及研究建立的調(diào)控措施和技術(shù)將會對未來保障我國載人登月、月球基地及火星探測等航天計(jì)劃的順利進(jìn)行提供重要的理論和數(shù)據(jù)支持?！?/p>

關(guān)于下一步的研究計(jì)劃，劉紅談道，“我們將在總結(jié)分析試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行空間站、月球/火星探測器搭載的小型生物再生生命保障系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置研制，爭取搭載機(jī)會，通過天地對比分析，獲得矯正參數(shù)和模型，進(jìn)一步為該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于太空奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)?！?/p>

鏈接：“月宮一號”背景

生物再生生命保障系統(tǒng)是保障人類在月球/火星等地外星球長期生存所需關(guān)鍵技術(shù)?！霸聦m一號”是北航劉紅教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的空間基地生物再生生命保障系統(tǒng)地基綜合實(shí)驗(yàn)裝置，是世界上第一個(gè)成功的四生物鏈環(huán)的人工閉合生態(tài)系統(tǒng)（人-植物-動物-微生物），系統(tǒng)的閉合度和穩(wěn)定性高于之前的俄羅斯和美國的同類系統(tǒng)，而此前俄羅斯和美國的系統(tǒng)均為人 -植物的兩生物鏈環(huán)系統(tǒng)。此前國際上此類系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間最長的是俄羅斯的BIOS-3的180天實(shí)驗(yàn)。

“月宮一號”一期系統(tǒng)于2014年5月20日完成了我國首次長期多人高閉合度集成實(shí)驗(yàn)（3人105天），系統(tǒng)閉合度達(dá)到97%，人所需的氧氣和水100%在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)再生，循環(huán)再生了55%的食物?！霸聦m一號”一期2個(gè)艙室的總面積100 m2，總體積300 m3，植物種植面積69 m2 。

2016年“月宮一號”完成了升級和擴(kuò)建，共有3個(gè)艙室，總面積150 m2，總體積500立方米，植物種植面積120 m2。此系統(tǒng)正在開展“月宮365”實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的閉合度和食物再生度將進(jìn)一步提高。

“月宮365”實(shí)驗(yàn)，于2017年5月10日開始，于2018年5月15日結(jié)束，是世界上時(shí)間最長、閉合度最高的生物再生生命保障系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。