每日精選：太空版“荒野求生”

2021年10月，長征二號F遙十三運載火箭托舉神舟十三號載人飛船搭載3名航天員奔向太空。神舟十三號在入軌后，采取自主快速交會對接的方式把3名航天員送入空間站天和核心艙，進(jìn)行長達(dá)6個月的太空生活。地球是人類的生命搖籃，當(dāng)人類走出搖籃，又將如何保障自己的生存呢？中國航天人又利用了哪些黑科技來保障3名航天員的“荒野求生”順利進(jìn)行呢？

圖片來自 中國空間站科創(chuàng)體驗基地門戶網(wǎng)站

人類有各種各樣的載人航天計劃，形式和任務(wù)都不一致，但是這些計劃都會面臨一個基礎(chǔ)問題：人類如何實現(xiàn)在太空中生存？太空扔給人類的可是一道“致命題”。太空中的環(huán)境極為惡劣，一旦脫離了地球引力和磁場，微重力和輻射將是航天員面臨的大麻煩。微重力會使得航天員的體液積聚在頭部，這可能導(dǎo)致視力問題。真空環(huán)境無法提供氧氣，還有大量的射線。試驗表明，長期空間輻射會損害動物的認(rèn)知功能，若想在太空的極端環(huán)境生存下去，首先要有一個密閉艙系統(tǒng)，這個密閉艙系統(tǒng)要能夠很好地防輻射，并在里面制造一個適合的空氣壓力。

有了基礎(chǔ)的環(huán)境保障之后，人類的生存還缺少一定的物質(zhì)，并且人類生存還會產(chǎn)生一定的廢物，需要物質(zhì)條件保障系統(tǒng)把產(chǎn)生的廢物進(jìn)行有效的處理。目前，中國采用的固體廢物循環(huán)利用方式是把植物中不可食用的部分和人體及動物排泄物進(jìn)行混合，讓好氧生物發(fā)酵，保證系統(tǒng)的物質(zhì)平衡。

每個人的價值排序都不同，但是在面臨生存問題的時候，大家首先會想到氧氣，沒有氧氣便無法呼吸。再就是水，缺失了水，人類也無法長時間存活。接下來是食物，科學(xué)家以成年男性為例，計算了一名航天員在太空待1年所需要的物資重量大概是6噸，如果只考慮從地球攜帶這些物資，不僅要面臨高額的成本和技術(shù)難題，而且對航天員的生命也是一種嚴(yán)重威脅。因此只能原位循環(huán)再生，這就需要生物再生生命保障系統(tǒng)。

地球生物圈有一個物質(zhì)循環(huán)，這使地球上的生物可以一直循環(huán)再生。人類去到太空，可以參考地球的生態(tài)系統(tǒng)，在空間站內(nèi)構(gòu)建一個生態(tài)系統(tǒng)。但與地球自然的生態(tài)系統(tǒng)不同，生物再生生命保障系統(tǒng)是后天圍繞人的需求建立的，所以人是主宰和控制者。這個系統(tǒng)被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)的閉環(huán)回路生命保障技術(shù)，是載人航天計劃必須攻破的關(guān)鍵技術(shù)。2014年，我國首次長期多人生物再生生命保障系統(tǒng)集成試驗順利完成，3人在基地試驗系統(tǒng)里生存了105天。到2018年，我們國家已經(jīng)完成了世界上時間最長、閉合度最高的生物再生生命保障系統(tǒng)集成試驗。

105天的試驗中，“月宮一號”總設(shè)計師、首席科學(xué)家劉紅和她的團(tuán)隊在試驗基地種植了21種作物，同時在試驗中進(jìn)行動物的培養(yǎng)。團(tuán)隊篩選出黃粉蟲，并用秸稈通過生物轉(zhuǎn)化來培養(yǎng)黃粉蟲，其可以提供人類動物蛋白和動物油脂；同時篩選出適合在密閉系統(tǒng)中培養(yǎng)的微生物，來進(jìn)行廢物處理。“月宮一號”首次實現(xiàn)了“人—植物—動物—微生物”構(gòu)成的四生物鏈環(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)，之前的生態(tài)系統(tǒng)也只是實現(xiàn)了人和植物的兩生物鏈環(huán)系統(tǒng)。

2018年，劉紅又帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行了“月宮365”試驗，這是當(dāng)時時間最長（370天）、閉合度最高（98.2%）的BLSS（生物再生生命保障系統(tǒng)）地基模擬試驗。相比“月宮105”試驗，此次試驗拓展了農(nóng)作物的種類，達(dá)到35種，其中還有草莓。

(資料圖)

因為太空屬于微重力環(huán)境，“天宮一號”和“天宮二號”在解決航天員的睡眠問題時，是通過將睡袋固定在某個特定的位置上。此次太空出差任務(wù)中，航天員的住、食、娛樂都得到良好保障。天和核心艙中有小小的個人獨立空間，類似“膠囊旅館”，航天員可以在里面休息。核心艙貼心配備了移動Wi-Fi，航天員睡覺之前可以玩一玩小游戲，還能與地面聯(lián)系。除了高質(zhì)量睡眠、個人隱私空間和休閑娛樂，天和核心艙的食物更是五花八門，有各種各樣的炒飯、面條和小食。舒適的工作環(huán)境極大地緩解了航天員的壓力，保證了太空任務(wù)的順利完成。

月下棹神舟，星夜赴天河。載人航天事業(yè)的成功，凝結(jié)著一代代科研人的汗水和淚水。

本文來自：中國數(shù)字科技館

標(biāo)簽： 生命保障系統(tǒng) 生態(tài)系統(tǒng) 載人航天 各種各樣