一、太空中的“生物圈”
1、当航天员置身毫无生机的太空，太空舱就是他赖以生存的整个世界。在那狭小的空间中，他所拥有的食物、氧气和水都是极为有限的。随着人类探索太空的脚步不断迈进，太空航程不断延长，逐渐需要以年为单位来计量。传统的携带式和物理化学再生式生命保障系统，似乎已经难以支持更加长时间、远距离的太空任务。
2、所以，在太空这无垠的“生命荒漠”上，我们该如何打造一片生生不息的绿洲？
3、目前最可靠的答案是：生物循环再生。循环让有限的资源可以得到近乎无限的利用，正如地球上相对稀薄的氧气因物质循环的存在，四亿年中持续滋养着万物生长，倘若在太空舱中打造一个动态平衡的生命循环系统，它将在更加漫长的太空飞行中稳定保障航天员的生存需求。
4、生物再生生命保障系统（BLSS）是载人深空探测的十大关键技术之一，由于其较高的复杂度与难度，亟需深入系统开展研究。在我国载人深空探测的战略背景下，北京航空航天大学的刘红教授带领团队建立了“月宫一号”空间基地生物再生生命保障系统地基综合实验装置。这是一个植物、动物、微生物共存的人工闭合生态系统，实验期间与外界隔绝物质交换，而是在系统内循环再生航天员太空生活所必需的食物、氧气和水，为航天员提供类似地球生物圈的生命保障。
5、这种继携带式、物化再生式生命保障系统之后的第三代生命保障系统，具有包括但不限于以下3个显著优势。
6、首先，它能够保证人类在特殊环境下的密闭空间内长期自给自足，而不用一次性携带所需的全部食物、水和氧气。目前，“月宫一号”已经成功进行了两次大型实验。一次是2014年1—5月的“月宫105”实验——这是我国首次长期高闭合度集成实验。3名志愿者在基地的密闭环境中生活105天，期间自行栽培并食用5种粮食（小麦、大豆等）、15种蔬菜（菠菜、黄瓜、油麦菜等）和1种水果（草莓），饲养黄粉虫以提供一部分动物食物，培养微生物来降解生活垃圾并用作肥料。另一次是2017—2018年进行的“月宫365”实验，志愿者种植了35种作物，实现了蔬菜、水果和粮食的自给自足，培养并食用了黄粉虫、蘑菇，用微生物循环再生利用有机废物，创造了4名志愿者在密闭空间生活370天的纪录，成为世界上时间最长、闭合度最高的生物再生生命保障系统集成实验。两次实验的成果表明，生物再生生命循环系统具备对航天员提供长期生命保障的潜力。
7、刘红教授给北航附小的学生进行科普讲解
8、其次，生物再生生命循环系统为人类提供了更加新鲜的食物来源。人类早期探索太空，包括我国神舟系列飞船，通常需要一次性携带全部食物。因此，食物必须具备质量轻、体积小、保质期长等特征，航天员只能吃罐头或者用“挤牙膏”的方式吃各类压缩食品，其口味和新鲜程度均无法保障。后来出现了复水食品，即通过加水使食物恢复原本状态，一定程度上提升了航天食品的口感；继而又出现太空厨房，冷冻冷藏食品进入太空舱，航天员可以自行加热储藏的食物……随后，保鲜技术的提升带来了更加丰富可口的自然型食物，即未经处理的较为新鲜的食物。但随着更加漫长的太空任务的到来，为航天员提供源源不断的新鲜食物来源逐渐成为重中之重。“月宫一号”中包含两个58平方米左右、三层立体栽培的植物舱和一个42平方米的综合舱，其中囊括了植物栽培系统和动物饲养系统。“月宫一号”的一次次实验，正是希望把“月宫一号”这样的小型生态系统带到未来的太空舱中，让航天员吃到自己栽培的粮食、蔬菜和水果，甚至是饲养的动物。其实，此举不仅能提供更高品质的食物来源，还可以通过植物的光合作用产生氧气，通过其蒸腾作用获得纯净安全的饮用水。
9、最后，生活垃圾在生物循环系统中不断再生，利用率大大提升，废物产生率大大降低，极大地节约了太空舱内有限的资源及空间。诸如在“月宫365”实验中，氧气和水的再生率为100%，而食物的再生率也达到了83%。其中循环主要包括三方面：空气、水和固体废弃物，在“月宫一号”中也分别对应着空气循环与净化系统、水再生循环系统和固体废弃物处理系统。
10、其中，空气循环与净化系统主要过程为航天员呼出二氧化碳、微生物将固定碳分解为二氧化碳，二氧化碳被植物用于光合作用，光合作用为航天员提供氧气。而水循环主要是航天员的尿液经过生物预处理和低压蒸馏进行储存，航天员的厨余和洗浴废水经过膜—生物活性炭反应器处理进入中水箱储存，植物蒸腾的水分也通过冷凝储存下来。这些储存的水源可直接用于浇灌植物，或通过净水箱再次为航天员生活所用。
11、固体废弃物系统中，作物的秸秆、蔬菜的根和老叶、败叶等不可食用部分，可用于饲养动物（如黄粉虫）为航天员提供蛋白质营养，还可通过发酵用作肥料栽培植物，为航天员所食用。航天员的排泄物也可通过发酵形成富含二氧化碳的气体，被植物光合作用所吸收。
12、这3个主要系统各自形成闭环，又能彼此交织，相辅相成。“月宫105”实验是世界上首次实现的“人-植物-动物-微生物”四环系统。在“月宫365”实验中，复杂的四生物链环 BLSS系统，实现了98%的系统闭合度、100%的氧气和水再生与83%的食物再生。相信，未来更加复杂精密的四生物链环系统，将模拟更加真实的“生物圈”，达到更长时间的生态平衡与生命保障。
13、国际上也有类似于“月宫一号”的生物再生生命保障系统，例如俄罗斯的BIOS-3系统和美国的月球-火星生命保障测试系统（LMLSTP）。在实验中总结出的BLSS的系统理论，包括但不限于：空间环境对生物和人工生态系统的影响、人工生态系统中的物质循环和能量流动以及生物单元之间的关系。同时，在“月宫一号”的实验中，还有机加入了航天员心理状态方面的调节研究，为封闭隔离造成的心理影响以及乘员之间互动的研究提供了极高价值的参考数据。
14、 BBLS的发展路线分为地基和天基两方面研究。构建地基BLSS综合实验系统、完成地基长期有人密闭生存实验，对于BLSS的发展具有里程碑意义，标志着具有在地面环境下密闭空间生物循环再生保障人员长期生存的技术能力。为了进行空间应用，刘红教授团队的研究工作重点正在从地基实验转到天基实验，希望通过空间站、月球/火星探测器的科学载荷实验，获取矫正参数和模型，从而将地面环境下大型系统实验研究取得的技术参数矫正，最终达到BLSS在轨道站和月球、火星等星球基地的空间应用。
15、期刊旨在以创新的理念、科普的思维传递有价值的科技内容，激发创新潜能，服务广大科技工作者和科学传播工作者的信息采撷需求，推动跨界科研创新和科学传播发展。
16、本刊诚挚征稿，来稿可以科技信息、科技人物、科技产品、科学事件、科研成果为切入点进行介绍，可以科学传播的实践经验为内核展开论述，也可着眼科学传播研究进行探讨与辨析。
二、太空第二课什么时候上
1、太空第二课什么时候上，载人航天作为有人参与的航天探索活动，空间站作为国家级太空实验室，蕴含着得天独厚、极为丰富的科普教育资源，太空第二课什么时候上呢，下面是相关内容。
2、神舟十三号飞行乘组航天员王亚平，曾在神舟十号飞行任务期间，在“天宫一号”为6000多万中小学生进行了首次太空授课。如今，时隔八年，王亚平在天宫空间站中，再次担任太空授课主讲教师，开讲“太空第二课”。
3、王亚平的飞天梦想，源于2003年中国首次载人飞行任务。随着神舟五号发射升空，当时已是空军飞行员的王亚平心底种下了飞往更遥远宇宙的梦想。
4、航天员王亚平：看着火箭发射的时候灿烂的尾焰，我突然心里有一个热血沸腾的想法，我们中国有了第一个男航天员，什么时候有我们女航天员呢？就在那一刻，可以说在我心里早已扎根的关于蓝天的梦想变得更加迫切，我也想飞出大气层去看一看太空是什么样子，也想为我们中国的飞天梦贡献自己小小的力量。
5、 2010年，王亚平凭借过硬的飞行技术和超强的心理素质，入选中国首批女航天员。2013年6月，她和聂海胜、张晓光一起组成神舟十号飞行乘组远征太空。
6、航天员王亚平：那一刻我的脑海中真的没有恐惧，没有害怕，那一刻我的脑海中只有六个字，责任、使命和圆梦。
7、在神舟十号的飞行任务中，王亚平和聂海胜、张晓光一起完成了中国载人航天首次应用性飞行，即执行天宫一号与神舟十号载人交会对接任务，并在天宫一号完成中国首次太空授课任务。
8、航天员王亚平：我觉得太空授课开创了我们国家科普教育和中小学教育的新模式和新方法，可以说到目前为止是世界上受众最广，规模最大的，授课时间最长的一次科普教育直播活动。
9、 8年前，王亚平站在世界最高讲台，利用太空特殊的微重力环境，持续40分钟进行了弹簧测质量、单摆运动、陀螺运动、制作水膜水球等5个科学实验，在无数青少年心底播下了科学与梦想的种子。
10、航天员王亚平：也让我感受到太空授课的意义所在，有的很多孩子因此喜欢上了航天，也有的孩子因此报考了航天专业，甚至有的孩子现在已经成为我的同事，这也是让我非常骄傲和自豪的地方。而且让我特别感动的是，当年在太空授课时，那些没有出生的孩子，现在他们还在翻看着当年太空授课的视频，还在问我说，王老师什么时候您能再次上太空给我们再讲一堂太空授课？其实我觉得这也是一直在激励着我能够再次飞上太空，所以我想这次空间站任务时间更长，空间更大，一定也会带着孩子们再次去做一些有关科普教育的事情。
11、对于空间站阶段的第一次太空授课任务，重回“太空教师”岗位的王亚平，做好了充足的准备，期待为孩子们带来更加精彩的“太空第二课”。
12、航天员王亚平：我们的空间站也是我们祖国新时代航天事业的一个杰出作品，是飞行在太空轨道的我们的国家实验室，所以我也期待着在我们中国的空间站上能有更多的中国发现，有更多有趣的人类探索，也能书写更辉煌的中国故事，我也期待着我们的空间站任务能因我更精彩。
13、神舟十三号载人飞行任务新闻发布会14日下午在酒泉卫星发射中心举行。中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强说，神舟十三号载人飞行任务中，航天员王亚平将在空间站开讲“太空第二课”。
14、林西强介绍，神舟十号飞行任务中，航天员王亚平太空授课期间，全国有6000万中小学生在地面课堂上课，社会反响巨大。载人航天作为有人参与的航天探索活动，空间站作为国家级太空实验室，蕴含着得天独厚、极为丰富的科普教育资源，对广大公民特别是青少年具有极大的吸引力。中国空间站不仅是全球科学家开展空间科学、空间技术、空间应用的研究平台，也是鼓励青少年热爱航天、参与探索、追求科学的实践平台。
15、林西强说，在总结和发展载人航天科普工作有益经验的基础上，在此次任务中，我们策划了更加形式多样的科普教育活动，我相信，王亚平老师会很快再次“太空授课”。在此，我们也希望社会各界能够为中国载人航天工程的科普事业积极建言献策，提出更加精彩的项目建议。
16、此外，林西强介绍，针对女航天员参加飞行任务，分析了女航天员的身体特点和个体需求，重点从生活保障、健康保障等方面开展了针对性设计，以确保女航天员长期飞行、健康生活、高效工作。
17、 12月9日，离地面400公里的中国空间站，“天宫课堂”第一课正式开讲。这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课，也是中国空间站首次太空授课活动。
18、在约60分钟的授课中，神舟十三号飞行乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课。
19、在中国科技馆地面主课堂的大屏幕上，实时画面从绕着蓝色地球飞行的空间站转换到了宽敞整洁的空间站核心舱中，一个黄色陀螺旋转着出现在镜头中，王亚平的声音响起：
20、“太空探索永无止境，随着不断旋转的'陀螺，我们已经从神舟十号任务，进入到了空间站时代。欢迎来到‘天宫课堂’！”王亚平和同学们打起招呼，并风趣地介绍身边的“感觉良好乘组”。
21、“嗨，同学们好，我是指令长翟志刚。”“同学们好，我是航天员叶光富。”
22、明亮的空间站核心舱中，王亚平带着同学们逛起了“太空之家”。核心舱的小柱段有3个睡眠区。王亚平的睡眠区里贴着家人的照片，挂着自己喜欢的小物品，十分温馨。透过舷窗，太空和地球美景尽收眼底。
23、“失重环境，血液分布和地面不同，下部的血液上涌，所以我们的脸会看起来胖胖的。这会影响健康，所以我们要通过很多种锻炼方法对抗失重生理效应。”王亚平演示了如何使用太空跑步机、太空自行车。
24、在太空厨房，太空橱柜里有加热装置、饮水分配器、食品冷藏箱。王亚平轻轻拉开食品冷藏箱，掏出一个新鲜的苹果。饮水分配器是取用生活用水的地方。王亚平说，随着技术的进步，空间站舱内的生活用水已经实现了再生，每滴水都会做到物尽其用。
25、为了展示如何对抗太空失重，叶光富给翟志刚当起了模特。翟志刚介绍，为了防止失重造成的肌肉萎缩，除了锻炼工具，还有个“秘密武器”，就是穿在叶光富身上的“企鹅服”。它有很多拉带让肌肉保持张力，对抗肌肉萎缩。“小小服装背后，浓缩着航天科技专家的巧思妙想。”翟志刚说。
26、随着王亚平的“导览”，空间站仿佛就在人们眼前，地面课堂不时响起阵阵掌声。
27、“在太空能正常行走吗？”为了回答这个问题，王亚平请叶光富尝试像在地面一样走路。叶光富“踩”了几下，就不由自主地飘了起来，引起大家一阵笑声。“在太空没有重力，无法像在地面一样正常行走。”王亚平揭示了答案。
28、“不光是走路，太空转身也和地面有很大差别，我们在太空转身很难。”王亚平请叶光富示范太空转身的难度，游泳式、吹气式都不行，最后举起单臂不断转圈，终于转身成功。
29、天地互动中，还同做了一个小实验。
30、地面课堂上，同学们把乒乓球放在水杯里，球浮了起来。而空间站里，王亚平把乒乓球放在水杯里，球却停留在了水中。“这是因为失重环境下浮力几乎消失。”
31、随后，王亚平拿出她和女儿在地球上一起准备的花朵折纸放入厚水膜中，花朵边旋转边“开”了起来，“我们得到了一朵在太空中盛开的花，非常美丽。看到这朵花，我就想到了我的女儿。”王亚平动情地说。
32、王亚平勉励同学们：“你们都是祖国的花朵，含苞待放，未来是你们的，希望你们的梦想都能在这广袤的宇宙中绽放。”
33、接下来是“太空欢乐球”。王亚平往水膜里不断加水，利用失重环境下水的表面张力，做出一个在地面上无法做出的水球。随后她注入蓝色颜料，放入半片普通的维生素泡腾片。瞬间，水球变成了蓝色。气泡不断产生，但并没有离开水球。
34、“为什么气泡没有离开水球呢？”王亚平说，这是因为，在失重环境中浮力消失，气泡不再上浮，而是相互挤压。
35、王亚平说：“这个蓝色的小球像不像我们的地球？地球是人类在宇宙中的摇篮，但人类不可能永远生活在摇篮里。如今我们有了自己的空间站，将来中国人的脚步会踏入月球、火星和更远的深空。”
36、“我们能发电子邮件给你们吗？”澳门地面分课堂的同学提问。
37、“我们目前在核心舱可以和地面发邮件，也可以视频。平时我们可以看电影、看小说、听音乐，还可以看电视，频道非常丰富。周末休息的时候，还可以和家人双向通话。不过，目前我们与地面的邮件通信需要特殊处理，还暂时收不到同学们发来的邮件。不过大家有什么想法，都可以在网上给我们留言，也欢迎大家积极评论！”叶光富回答。
38、太空实验让人意犹未尽，天地之间继续着精彩互动。
39、“在空间站里，氧气和二氧化碳是怎么循环的呢？”广西地面分课堂的同学问。
40、叶光富回答，空间站利用电解制氧子系统产生氧气，二氧化碳去除系统去除二氧化碳。后续还会配备二氧化碳还原子系统，它可以将电解制氧产生的氢气和人体产生的二氧化碳反应产生水。“这样就可以大大提高我们空间站的物资循环能力啦。”
41、不知不觉中，“太空教师”们要和地面课堂的同学们说再见了。每位航天员都为同学们送上一句太空寄语——
42、“同学们，太空科技，奥秘无穷，未来属于你们！”翟志刚说。
43、“星空浩瀚无比，探索永无止境，希望同学们张开梦想的风帆，向无尽的宇宙远航。”这是叶光富的祝愿。
44、“飞天梦永不失重，科学梦张力无限！同学们，期待下次再见。”王亚平说。
45、神奇的“天宫课堂”，点燃了孩子们的科学梦想。
46、北京市人大附中朝阳分校六年级学生徐楷祺说：“‘天宫课堂’让我了解了空间站的结构，还跟着航天员参观了空间站，知道航天员在空间站干什么。原来航天知识如此有趣！”
47、北京市清华附中科技办公室主任谭洪政老师说：“期待同学们在后续能够提出更有想象力的问题，设计出极具创造力的实验，希望未来我们的实验方案能够进入天宫。”
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