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「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育

演讲者 | 刘红(月宫一号总规划师&首席科学家)

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图文

几个月前,电影《漂泊地球》引起了颤动,其实漂泊是人类的赋性。漂泊,能够理解为对不知道世界的探究。假定咱们跟着地球去漂泊,还要等绵长的50亿年!所以咱们要想其他一个办法去漂泊,那便是载人航天。各航天大国都有载人航天方案,意图便是要把人类送到太空去。人类要进入太空,首要得了解太空。人在太空中是没办法生计的,不仅仅真空环境,还有很强的世界射线。当太阳照射到物体外表的时分,有或许是高温的环境,高到达一两百度乃至更高;有或许是低温的环境,低至零下七八十度,乃至更低。在这样的环境,不采纳办法人类是无法生计的。

怎样完成在太空中长时刻生计

人类在太空怎样能够生计下来呢?首要要剪刀手爱德华有一个密闭舱的体系,这个密闭舱体系要能够很好的防辐射,并在里边制作一个适宜的空气压力,什么叫适宜?就像地球的大气压便是适宜的,还要有适宜的温度湿度。适宜的温湿度差不多是上海科技馆这个会议室的姿态。60%左右的湿度是比较适宜的,再过些日子上海的桑拿天那就不适宜了,那时湿度大约会到80%乃至能到100%。咱们制作了适宜的湿度,然后在里边要制作空气流速,这个是十分重要的。那问题来了,在家不开电扇的时分,咱们也活的挺好的,为什么要在太空中要制作适宜的空气流速呢?由于在太空中微重力的条件下,空气不对流,假定不人为的搅动空气,空气是停止的,彻底赖浓度的差异来进行对流,速度是很慢的。假定这样,待在一个当地不动就会被憋死,由于头部周围的二氧化碳浓度会特别高,然后导致二氧化碳中毒。所以空气的流速是很重要的。

太空舱是一个关闭的体系,空气污染物会累积。空气污染物来历许多,密闭舱里有许多资料,这些资料会发生许多污染物,这类污染物占一大部分。也有许多污染物来历于人类本身,咱们人在活着的过程中,每时每刻都在开释污染物,大约有两三百种,人在密闭舱体系里会自己把自己毒死,所以必定要进行空气净化。

○ 人类怎样完成太空长时刻生计

上图中,蓝的一圈是环境确保,有了环境确保咱们在这儿大约能够待一会,可是待不长。咱们还缺许多物质,便是里边绿的这一圈,它会提招供活着需求的空气、食物、水,并把发生的废物进行有用的处理和处置,这套体系叫物质条件确保体系。有了环境、物质,咱们在里边能够活下来了。可是由于太空跟地上不同很大,重力有差异,辐射会更强,还有关闭的环境比较狭隘,咱们或许会抑郁,乃至会抑郁。所以咱们还要处理人的生理、心思健康调控的问题。

生命确保体系

这样咱们就构成三大体系:舱室环境操控体系、生命确保体系、健康确保体系。咱们团队研讨的主题便是生命确保体系,是这儿边最杂乱和最重要的体系。假定现在我要把你送到太空,假定只允许你带一种物质,你要带什么?

地球上一切的物质随意带,包含金刚钻、蓝宝石、红宝石、奢华包都能够带,「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育那你挑选带什么呢?有人说带水、氧气、3D打印,咱们的主意是不一样的。咱们要看人在太空中,对人最重要的物质是什么?没有氧气咱们能活多长时刻,一般是3-5分钟,对咱们榜首重要的是氧气。接下来是水,假定没有水能活多长时刻?大约能活三五天。对咱们来说第二重要的是水。第「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育三重要的便是食物。这样咱们就知道了关于人来说,最重要的是氧气、水和食物。在地球上最重要的是不要钱的,比方说氧气,没有人说你今日呼吸了多少氧气,在嘴上装置一个计量器,喘了多少氧气要计费。咱们要知道,廉价的东西不等于不宝贵,最重要、最宝贵的东西是不要钱的。

○ 生命确保体系

接下来就要进行废物处理了,由于咱们吃了、喝了,喘气了必定会有废物发生。比方人会分泌,有粪便、尿液,还有许多卫生废水。其实还有一种废物,咱们平常没有太注意到,便是二氧化碳。假定咱们重视新闻会听到许多,地球温室效应的元凶巨恶是什么呢,是二氧化碳。所以咱们都很仇视它,那么二氧化碳真的一无可取吗?二氧化碳有什么用呢?二氧化碳有十分重要的效果——光合效果。地球上光合效果最主要的质料便是二氧化碳,没有二氧化碳咱们是没有办法活下去的,由于光合效果发生了氧气、发生了食物,咱们才干活下来。因而能够说地球上假定没有二氧化碳,地球上简直一切的生命都将不复存在,所以二氧化碳是很重要的,并不是一无可取。一切都是辩证的,没有肯定好的东西,也没有肯定坏的东西,咱们要用辩证的思想去考虑问题。

咱们给人供给氧气、水和食物,而且对它发生的废物进行有用的处理和处置,这个体系便是满足人在太空中生计所需求物质的一套生命确保体系。生命确保的办法有许多种,最简略的办法也便是现在一些飞船的办法,咱们叫携带式。便是所需求的东西都带着,比方氧气、水、食物都带着,然后对它发生的废物打包存起来,二氧化碳用一些吸附剂吸附,然后去除去,这便是携带式。

来核算一下需求带多少物资,假定一名航天员,身高170厘米,体重70公斤,男性,在中等劳动强度下,略微干一点轻体力活,再做一些脑力劳动。这样一个人需求的热量是2800千卡/天,这种条件下他每天需求吸收0.83公斤氧气,开释出0.95公斤二氧化碳,需求15公斤的水。其实15公斤水是很少的,在上海日子,日常每人每天耗费应120-150公斤左右的水,宇航员也就差不多十分之一,现已很节省了。冻干食物0.65公斤,算计是16.4公斤/天。

那么去太空、月球、火星探究,或许不只这么多。假定待一年就需求6吨,把这些东西运到天上就要算一算花多少钱。这是送一个人到近地轨迹空间站所需求花的银子,保存估量360 000 000人民币,要送到月球的费用是3600 000 000人民币,多了一个0,要送到火星是36 000 000 000人民币,再加一个0。即便有钱,在技能上估量也是不或许的,小马比方要去火星,那边说缺物资了,还要等发射窗口,你或许要等一年,一年今后或许现已变成木乃伊了,由于火星上是真空的环境,一旦物资耗费完了,在真空环境里很快就变成木乃4虎伊了。所以从技能上也是很难完成的,那怎样办呢,咱们有必要要用其他技能来处理,咱们有必要要原位循环再生

生物再生生命确保体系

近地轨迹空间站是怎样原位循环再生的呢?是用物理化学再生的办法。从上图能够看出,能够把很大一部分氧气和水循环再生。仔细看就会发现,人耗费氧气,发生二氧化碳,二氧化碳会被搜集、浓缩,truck然后进入反应器,一起进入反应器的还有水电解发生的氢气,二氧化碳就会被复原生成水,净化之后就会给人喝,当然人发生的尿液也会被搜集然后净化。现在世界空间美丽5008站上,能够再生50%的氧气,再生75%的水,食物彻底是从地上携带来供给的。所以这样一套体系,很显然不适合咱们在月球或许在火星上长时刻住留。那么怎样办呢?

关于世界来说,地球是特别藐小的,它特别像一个球形的飞船。千千万万的生命日子在地球这个球形飞船上面,那么这些生命是怎样活下来的?地球上的氧气够支撑地球「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育上的生物活大约两千年,而咱们地球上的生命现已连续了几十万年,即便关于人类来说,从有文字记载开端,到现在现已有1万多年了。这就有一个悖论,一方面资源十分有限,其他一方面物种的生命是无限连续的郭如碧。那么地球怎样处理这个悖论呢?便是地球的生物圈。

地球生物圈有一个物质循环,它生成杂乱的生态体系网络,使地球上的物质能够一向循环再生,因而完成了生命在地球上的永续存在。所以咱们就要向地球学习,人类要进入太空康恩贝,到地外去漂泊,到地外去探究,就要学习地球的生态体系。在更小的飞船里边构建一个生态体系,用这样的「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育生态体系来循环再生人们需求的氧气、水和食物,把废物进行处理和循环再使用,这便是生物再生生命确保体系

它能够给人供给一个类似于地球生态的环境,能够在确保物质需求的一起,让咱们心境愉悦,远比现在的空间站里愉悦许多,空间站就像一个收容所。地球生态体系没有主人,地球上一切的生物都是这个生态体系中的一个链环,地球的生态体系也不是环绕着人构建的。生物再生生命确保体系跟它有很大的差异,它是彻底环绕人的需求来构建的,而且是由人操控的,所以人是这儿的操纵和操控者。因而被认为是世界上最先进的闭环回路生命确保技能,是载人深空勘探有必要的关键技能。

我这个团队是从2004年开端这项研讨的,到现在现已完成了世界上时刻最长,闭合度最高的长时刻有人密闭试验。经过15年的时刻,咱们先是经过引进技能,学习国外的一些先进经验。但可学习的东西并不是许多,因成人av电影为航天方面的信息他们对我国是封闭的。咱们经过15年的学习和更多的自主研讨,从无到有树立了自主知识产权的生物再生生命确保体系理论和技能体系。

○ 生物再生生命确保体系方向研讨进展

月宫一号

咱们树立了地基试验体系,由于咱们研讨许多技能、理论、办法要把它集成在地基试验体系中进行演示、验证以及进一步研讨和展开。月宫一号,是由一个归纳舱、两个植物舱组成。地上面积160平方米,总的体积胡然是500立方米。归纳舱里边有人的寓居空间,还有洗漱等日子有必要的空间,更重要的是里边有废物处理室,在这儿边处理三大废水,包含尿液、卫生废水和空气冷凝水,处理各种固体废弃物包含人分泌的固体粪便,秸秆以及在这儿边培育的黄粉虫发生的粪,还有日子废西安音乐学院物等。在植物舱里边栽培各种作物,包含粮食作物、蔬菜作物和生果。之所以设置两个舱有多种考虑,会有一个互为冗余,互为备份的考虑。因霸宠奴妃为不同的植物需求的环境条件是不一样的,咱们在里边做各种切割,完成更契合植物成长需求的环境条件。

月宫一号的中心是物质循环和体系的平衡。这儿涉及到六大关键技能,包含在这样狭隘、密闭、资源受限的环境里怎样培育动植物,怎样对废物进行高效的处理等,在体系层级包含体系的规划、作业以及调控。咱们环绕这些展开了许多的研讨作业。

○ 月宫一号的中心与关键技能

在这些研讨的基础上,咱们集成树立了月宫一号体系。咱们在2014年做了月宫105试验,做了105天,那个时分里边栽培了21种作物,有人问为什么种21种,咱们要确保养分健康,从养分学的视点有一个要求,应该尽或许的多样性,这个多样性有一个最小的标准,应该吃植物性的食物不少于21种,这样才使咱们养分均衡,每种食物所含的养分不一样,多种组合才干满足咱们的需求。所以平常咱们要食物多样化,不能挑食,21种是最最根本的要求,其时由于资源的约束,所以咱们就设置了21种作物。

一起在这儿进行动物的培育,这也是咱们的立异之点。咱们挑选出了黄粉虫,然后用秸秆经过生物转化来培育黄粉虫,它是给人供给动物性蛋白和动物性油的。一起挑选出来适合在密闭体系培育的微生物,来进行废物处理。这是体系中的物质循环「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育,经过这个物质循环,咱们完成了闭合度97%,这在其时2014年现已是世界上最高的闭合度,氧气和水是百分之百循环再生,食物再生55%,其时初次完成了人—植物—动物—微生物构成的四生物链环体系。而在咱们之前,俄罗斯和美国他们仅仅做到了人和植物的两生物链环,而咱们做到了四生物链环。

105天试验之后,经过了晋级和展开,又做了月宫365试验。那么为什么咱们做了月宫105试验又要做月宫365试验?前面做月宫105试验咱们是榜初次做这个试验,主要是演示学大教育验证咱们前期树立的理论办法和技能是否可行,向哪个方向进一步展开。在这之后咱们要考虑一个十分重要的问题,便是咱们在太空中树立了这样一个生物体系,这是一个体系,可是来的人是不一样的,咱们不或许把一批航天员,送到月球上,然后待一辈子,是不能的。必定会有乘员组换班,一旦涉及到乘员组换班就会涉及到人与人之间的差异,不同的人代谢水平是不一样的,耗费是不一样的。可是生物体系只要一个,要让这个生物体系习惯不同代谢水平「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育的乘员组,换班一起在那个当地待许多人,会有很高的体系冲击。要满足在任何情况下都能够平稳的作业,都能够安稳、平衡蜜汁山药,月宫365试验最主要是研讨这样一个生物体系怎样支撑不同代谢水平的乘员组,怎样让它完成平衡。

○ “月宫365” 试验

因而这次的规划跟前次是不一样的,咱们有两组乘员,分三个阶段值勤。榜首组值榜首班,60天,第二组来换班,他们会有一个交代,之后榜首组出去,第二组留下来再值200天,200天满后,榜首组又回来换班交代,之后第二组出去,榜首组留下来,再值莫科周雅菲105天,这是365天,所以叫月宫365试验。但咱们还要研讨一个问题,这是有预谋的,其时没有告知他们,其时说只做365天,快要到365地利他们都很激动,立刻就能够出舱了,然后咱们告知他们对不住,由于使命的需求你们还要再待5天,这叫非预期加班。便是让他们心思发生很大的动摇,很不满足,为什么咱们该回去还不让回去,会很不快乐,很愤恨,然后很抑郁,咱们要研讨他是怎样气愤,怎样抑郁的,怎样让他不抑郁,怎样来调停。因而又加了5天,所以加起来是370天。

咱们还做了许多摧残,停电了、设备坏了,各种冲击,来应战体系的安稳性。月宫365试验咱们栽培了35种作物,包含粮食、蔬菜、生果,简直平常吃到和吃不到的,在这儿边都有,最诱人的生果是草莓。这儿边除了植物以外,黄粉虫还在,废物处理的微生物还在那里,除此之外增加了植物益生菌,使用秸秆培育蘑菇,给人供给一部分蘑菇蛋白。这样就形成了杂乱的四生物链环体系。完成了体系闭合度98%,氧气和水百分之百循环再生,食物再生83%。

体系中对植物的培育跟地球上不一样,咱们叫阶梯半连续培育,一起能够拍到十张乃至三十张植物的相片。为什么这样做?跟咱们人的呼吸耗费的氧气和植物资氧匹配不到一「墨子沙龙活动」“月宫一号”——外太空存活370天 | 刘红-伟德BETVICTOR_BETVlCTOR伟德_伟德体育起是有联系的,因而有必要阶梯半连续培育才干实爱城论坛现气体的安稳。咱们会发现,地球南半球和北半球气候是互补的,一起地球还有大气环流,东半球和西半球日夜是互补的,有这样的大气环流,实时把气体进行混合,这样就使得咱们在冬天耗费的氧气发生了二氧化碳连绵不断地送到南半球,而南半球连绵不断把氧气送过来,反之亦然。白日晚上也是这样替换的。地球从规划上便是全球一体化的,假定分裂开来,比方说在美国处于晚上的时分,咱们把阀门关上,他们或许就会憋死。假定南半球、北半球中心垒一堵墙或许在南半球进入冬天的时分,他们也会憋死。从科学上来说,我不动产权证们要向天然学习,有许多值得咱们学习的东西,咱们要不停地去调查、去学习,才干够进正定行原始立异。

未来太空游览

咱们还要做一个十分重要的作业,便是做空间搭载,规划一个小型体系,搭载月球火星勘探器,进入太空,经过六合比照取得校对参数,校对咱们地上译组词大体系的参数,经过校对后咱们就能够把体系运用到地外,比方说月球、火星以及星际飞船上。未来太空游览就能够用到这样一个能够继续确保生计的生命确保体系,在这样迷人的环境里边来日子作业。这个技能也能够用到地上,比方地球上的一些极点环境,包含高原、沙漠以及水下、地下这样一些场合。谢谢咱们!

关于“墨子沙龙”

墨子沙龙是由我国科学技能大学上海研讨院主办、上海市浦东新区科学技能协会及我国科大新创校友基金会协办的公益性大型科普论坛。沙龙的科普目标为对科学有浓厚兴趣、酷爱科普的一般民众,力求打造具有中学生学力便能够了解当下全球最尖端科学资讯的科普timing讲坛。

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