地球上難以模擬月球的輻射和重力條件，為什麼還要在地面搭建一個月宮一號？

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首先很感謝眾多回答者的支持和理解，我作為在讀博士生，也就是「月宮一號」課題組的一員，我可以很負責人的告訴您：這個研究的意義不僅在於為密閉的生物再生生命保障系統提供可靠的技術支撐，為將來人類探索月球和長期深空探測等奠定一定的基礎，而且為我國在世界上此類研究做出了重大突破，「月宮一號」可以算是中國人的驕傲~系統正式密閉運行前我們邀請了全球相關專家，包括美國生物圈2號的工程師和參試者，還有俄羅斯BIOS3相關專家，一起討論會遇到的問題和解決方案，他們對於我們導師做出這樣的系統都感到震驚，我們老師是個非常敬業拼搏的女老師，我們課題組全體二十多位成員為了建立這個系統已經有近一年來無任何周末和節假日，包括過年都是集體留守學校~~還有我必須尊敬的的幾位受試志願者，他們都是為了一個共同的「中國人月球夢」無私的奉獻，整整90天的3人密閉實驗，如果成功的話算是世界領先水平了~請大家多點支持和理解~——————————————————————————————————補充下：月宮一號搭建意義（摘抄導師科學網博文）
宇航員要離開地球，在遙遠的太空中生存，離不開氧氣、水和食物。
在我國神舟系列飛船、國際空間站、蘇聯/俄羅斯和平號空間站中，通常會攜帶全部物資，或通過物理化學方式再生氧氣和水，而宇航員吃的食物只能一次性攜帶充足，不能再生。然而，如果人類在不遠的未來，進更行長時間、更遠距離的太空探索，例如構建月球、火星基地，由於路途遙遠，食物完全通過攜帶儲存供給，或進行地面定期補給將變得十分昂貴且很難實現。因此，僅僅依靠攜帶或物理化學再生方式滿足生命保障需求，載人深空探索幾乎不可能實現。

解決辦法是依靠「生物再生」的方式，在月球、火星基地，或是飛向火星的飛船中，構建一個類似地球生物圈的小型生態系統。科學家們把這樣一個小型生態系統稱為「生物再生生命保障系統」。「生物再生生命保障系統」是基於生態系統原理將生物技術與工程式控制制技術有機結合，構建由植物、動物、微生物組成的人工生態系統，人類生活所必需物質在系統內循環再生，為人類提供類似地球生態環境的生命保障。
在這樣一個系統真正飛向太空之前，我們需要在地面構建一個一模一樣系統，進行一系列實驗研究，為將來人類真正在太空居住提供保障。因此，北京航空航天大學生物與醫學工程學院環境生物學與生命保障技術實驗室劉紅教授研究團隊，集成近10年來的研究成果，構建了我國第一個、世界第三個生物再生生命保障地基有人綜合實驗系統——空間基地生命保障人工閉合生態系統地基綜合實驗裝置「月宮一號」。目前正在開展105天密閉有人實驗，今後還將擴建並陸續開展系列有人實驗，為月球基地等深空探測活動提供技術支撐。

「月宮一號」是一個密封的系統，也就是說，在實驗運行期間，與外界不發生氣體交換。已建成並投入實驗的「月宮一號」一期包含了一個植物艙(58平米，三層立體栽培，種植面積69平米）和一個綜合艙（42平米），可以為3位志願者提供生命保障。

參與「月宮一號」105天試驗的志願者
在「月宮一號」的生物再生生命保障系統中，栽培了糧食作物、蔬菜和水果，飼養了動物（黃粉蟲），還有微生物來降解廢物。植物不僅能夠給宇航員提供食物，還可以通過光合作用產生氧氣、通過蒸騰作用獲得純凈的飲用水。植物中人不吃的部分，比如作物的秸稈、蔬菜的根和老葉敗葉，可以被用來飼養動物，為宇航員提供優質的蛋白和更合理的氨基酸配比。最後，剩下的植物不可食部分，人的排泄廢物，廚餘/生活垃圾，被送進微生物降解環節，微生物可以分解被固定的碳，變成二氧化碳進入到空氣中重新被植物利用進行光合作用；從尿液中回收水和氮素以及經過生物凈化後的衛生廢水，用於灌溉培養植物。植物吸收了這些廢物處理產生的二氧化碳和水，又可以不斷生長出新的食物。這樣，就形成了「月宮一號」里物質的閉合循環。

生物再生生命保障系統中的物質循環
問答
1. 「月宮一號」中的志願者每天吃什麼？
在「月宮一號」中，種植了五種糧食作物，十五種蔬菜作物，一種水果（草莓），飼養了動物（黃粉蟲）。志願者可以用自己種植並收穫的小麥磨成麵粉，製作成包子、花捲、饅頭、烙餅或者麵包。收穫各種蔬菜、加上和外部供給提前儲存的肉類，烹飪成美味菜肴。黃粉蟲可以炒熟後直接食用，也可以磨成粉，加到麵粉里製作成麵包。在「月宮一號」中，食譜按照人對熱量和各種營養的需求進行了科學合理的設計，每個人的營養都很均衡。

2. 志願者在「月宮一號」中做哪些事情？
首先，為了保障系統的正常運行，維持氣體和物質的平衡，志願者要按照規程定期收穫/種植植物，日常維護植物培養系統，保證處理各種廢物（植物不可食生物量（如小麥秸稈等）、人類排泄廢物、衛生廢水等）的設備正常運轉，培養動物（黃粉蟲）；用艙里收穫的食材製作一日三餐。並對水、食物等各種物質的消耗進行計量和登記。
除了維持系統運轉工作和日常起居、個人清潔，志願者們還有一系列其他工作：由於「月宮一號」是一個試驗系統，每天都有一系列實驗要開展，包括採集植物、微生物、各種廢物等樣品，進行各種測試，對微生物風險進行監測和防控等，都是他們的工作內容。為了乘員的安全和健康，還要進行生理參數的監測，鍛煉身體。當然也有休息娛樂時間，可以做自己喜好的事情，看書，上網，彈琴等。

3. 志願者的排泄廢物如何處理?
在「月宮一號」中有三套水處理系統，分別用於處理空氣冷凝水、衛生廢水和尿液，有一套固體廢物處理系統。尿液處理系統能夠從尿液中回收水和氮素，循環用於培養植物，植物的蒸騰、蒸發作用產生的水蒸氣被冷凝經過冷凝水凈化系統處理後獲得純凈的飲用水。固體排泄物則進入固體廢物處理設備，與植物不可食生物量一起共發酵成為二氧化碳、水和可用於植物栽培的類土壤基質，好氧發酵過程中微生物代謝可以去除糞便的氣味、高溫可殺死人體內的病原菌等。

4. 植物艙里有哪些植物？
在月宮一號I期實驗中種植了五種糧食作物（小麥、大豆、花生、油莎豆、玉米），十五種蔬菜作物（包括胡蘿蔔、黃瓜、四季豆、豇豆、紫油菜、奶油生菜、紫葉生菜、油麥菜、馬齒莧、莧菜、空心菜、小蔥等），一種水果（草莓）。

5. 季節性的植物比如小麥，吃完了怎麼辦？
在月宮一號中，小麥是分批次栽培的，既保障了連續不斷的食物供給，也能保障O2的穩定供給。小麥從幼苗生長到收穫階段，每個階段吸收二氧化碳和釋放氧氣的能力各不相同，分批次能夠使得植物艙內始終包含各個生長階段的小麥，從而保障氣體的持續平衡和穩定。

6. 如何實現植物的傳粉？
所篩選的作物大多數為自花授粉的植物，對於特殊的異花授粉的植物——草莓，進行人工授粉，其他一般的異花授粉植物，在植物培養架上設置的風扇產生氣流可以幫助成完成傳粉。

志願者對草莓進行人工授粉
7. 怎樣將人和動物呼出的CO2供給植物，怎樣把植物產生的O2給人和動物呼吸？
植物艙與綜合艙之間存在氣體的交換，來自植物艙富含氧氣的空氣經過過濾等凈化後進入綜合艙，而綜合艙富含二氧化碳的空氣則經過凈化後進入植物艙。
8. 怎麼維持氧氣和二氧化碳達成平衡？
在建立「月宮一號」之前，北航環境生物學與生命保障技術實驗室劉紅教授團隊近10年來深入系統開展了空間基地生命保障人工閉合生態系統基礎理論與關鍵技術研究。研究人員對各個生物單元（人、動物、植物、微生物）與生命活動和呼吸相關的各種參數進行了嚴格的測試和計算，建立了「月宮一號」中採用的生物再生生命保障系統的數學模型和計算機模擬模型，並建立了一套完整的系統設計計算方法，對系統進行設計計算和模擬，確保各個生物單元配置比例合理，能夠實現氧氣和二氧化碳的平衡。同時在實驗過程中監測氧氣和二氧化碳，反饋調節生物單元的培養條件參數，改變氧氣和二氧化碳的產生速率，從而實現氧氣和二氧化碳的平衡調控。

附：回答各位博主留言中的共性問題
1.關於「月宮一號」系統與「生物圈2號」的區別
① 生物圈2號的目的是模擬地球生物圈，設計人員將地球的大部分生態系統類型按照比例放到系統內部，雖然生物物種豐富，系統複雜且體積龐大，但是與地球生物圈相比還是非常的簡單，依靠其自身不能實現平衡。而人們對這些自然生態系統尚不能精確量化，因此沒能實現對其進行人工調控。「月宮一號」目的是為了提供地外生命保障，所有的生物部件（動物、植物、功能微生物）都是經過篩選並進行大量實驗研究，實現精確量化，系統是在此基礎上經過定量計算設計完成的，因此系統可以實現人工控制。
② 生物圈2號更像一個巨大的密閉玻璃溫室，內部環境條件（光照、溫度）受到外界天氣的影響變化較大，系統內部生物過程（例如植物的呼吸、光合）不易控制，從而影響系統內部氣體再生、物質流動。月宮一號為不鏽鋼結構的密閉艙系統，植物所需的光能來自於人工光源（LED），且系統內部溫濕度可人工調控，因此生物過程更易於控制，從而有利於控制系統穩定。
③ 生物圈2號內部的農田生態系統大量使用了亞利桑那州的土壤，土壤中帶有大量微生物，且其中的有機物非常有利於微生物生長，為了凈化系統中的空氣，設計了將空氣用鼓風機鼓風通過土壤層，利用土壤凈化空氣，土壤中的微生物瘋狂消耗空氣的O2，造成了內部的氣體失衡。月宮一號內部的空氣凈化由空氣凈化器完成。
④ 在結構材料上：生物圈2號的設施大量使用了混凝土，混凝土吸收了大氣中的CO2，從而導致系統CO2損失。而月宮一號艙體內壁整體為食品級不鏽鋼無縫焊接，不會發生CO2被固定的現象，也不會釋放氣體。
⑤ 生物圈2號體積203880m3，滿足8個人的絕大部分生命保障物資，而月宮一號體積300m3，滿足了3人的絕大部分生命保障物資。
⑥ 生物圈2號實驗雖然失敗了，但是其工作的意義還是非常大的，它告訴我們雖然生物圈2號足夠複雜和龐大，但是與地球生態系統相比還是非常簡單，要讓這樣簡單的自然生態系統自調節實現平衡是不可能的。

地球上難以模擬月球的輻射和重力條件，為什麼還要在地面搭建一個月宮一號？

首先這是一個「月球生命保障系統的封閉性物質循環實驗」，其意義是為日後人類殖民外星打下生命維持技術基礎。
而這裡面最重要的問題，是要解決如何維持生態循環的這個問題。加入重力和輻射等等影響下的研究都必須在這之後。連生態維持都做不到談何研究重力和輻射下的生命維持？這裡的思路是先得控制變數，把這些都搞定了再加其他變數，一步步循序漸進。
假如成功，這個實驗的成果意義非凡。封閉的生態維持，除了能用在外星上的生命保障，還能用在地球的海底和生存環境特別惡劣的地方，還能用在將來的長途旅行的太空艦上。這對人類的繁衍發展來說是至關重要的技術。一句話，沒有這個技術，人類就離不開地球。

月宮一號這個模擬實驗室，說的更明白點就是一個模擬生物圈，就是一個封閉的系統里動植物和人要能生存下去。

但是問題是，這個東西在地球上都不容易做出來，更何況弄到月球上，所以地球上模擬的意義就是：先要把這個東西在地球上搞出來。不然在月球上更沒戲。

將來在火星上造基地也是一個道理，連地球上的東西都沒弄明白呢，上火星上弄？開玩笑呢吧。

這次實驗的目的是模擬的物質的循環。
將來在月球上建立的肯定是一個封閉的系統，而就生態系統來說，完全封閉的生態系統難以存在。
百度百科，
「」從1991年9月26日起的兩年中，美國科學界進行了人工生物圈實驗。八名男女科學家自願住進了一個由玻璃和鋼架建成的3．1英畝的人造小世界裡，從事兩年的生態實驗。除了一部電傳機和電能供給外，他們與外界完全隔離，而且，除患嚴重疾病外，任何人不得離開這個地方。這項實驗被稱為「生物圈二號」。"
這個實驗最終還是失敗了，所以封閉的生態系統很難維持，需要不斷的補給。
這次在地面上模擬的只不過是，月球基地的的最基本的需求——物質。在地面上實驗的是如何進行長期的生態物質循環，如何讓氧氣，有機物，循環起來。其實也是個小的生態系統，這個生態系統要可在無補給的情況下存在的時間盡量長。
至於其中的作物在無重力多輻射情況下會怎樣，是下一步需要解決的問題。

反對目前最高票（ @王敏娟）的答案。原因：答非所問
題主表達了對系統可移植性的擔憂，而 @王敏娟的答案大半內容都在描述「你知道我們課題組有多努力嗎」和「這個項目要是做成了的話有多牛逼你造嗎」很難想像為什麼這樣的答案會被頂到最高。
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不是不想，而是不能。目前的人類科技尚沒有直接在月球上搭建密閉物質循環系統的能力。
而構建這樣的系統，完善的物質循環是第一步，然後才是如何對抗輻射等干擾條件。換句話說，在考慮系統的穩健性之前，先想好如何實現核心功能。

除了重力這個條件現在暫時還無法模擬外，其它的比如輻射、光照、循環……基本上都是人類可控的；對於輻射，既然都可以做到人體的防禦了，對於這個封閉的生物圈應該也是沒有很大問題的，最大的問題可能是成本；光照的話，既然月球有一個半球始終面向太陽，那麼可控的光照也就成為了可能，當然，每月都有幾天的地球陰影，這個就要看植物的適應力了，如果可以渡過自然最好，如果不行，也是可以提供短暫的人工光合作用的嘛；重力的話，如果有必要的話還是可以實現的，比如建立一個很大的封閉圓環（腦補一下類似自行車車輪，），然後驅動它形成離心力，當速度達到一定的時候，離心力所形成的重力就可以模擬地球的重力了，這時候圓環的外壁就屬於地面；