“月宮一號”總設計師劉紅：下一步，我們去外太空
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文 | 崔玉賢
出品 | 本站科技《逐夢星空》欄目組
精彩觀點：
2、“月宮365”是世界上第一個建立用生物單元來調控系統平衡的，此前國際上沒有任何一個國家可以做到。
3、NASA做生物再生生命保障系統的首席科學家發表論文稱我們的105實驗在閉合度和生物多樣性上超過了以往任何一個系統。
4、我們的發展是很穩的，一步一個腳印的。
5、我們是嚴肅的科學研究，不能把它變成商業行爲，如果那樣做就我做的一切就都沒意義了。
6、接下來必須做太空實驗，從而將地面實驗進行校正，用到太空，否則的話是不行的。希望二三十年能夠用得上這套生物再生生命保障系統。
她是誰？
她是中國第一個、世界第三個月球基地生命保障人工閉合生態系統基地實驗裝置“月宮一號”的總設計師；她還是世界上時間最長、閉合度最高的密閉生存實驗記錄“月宮365”的總設計師，國際宇航科學院院士，她是北京航空航天大學生物與醫學工程學院教授劉紅。
正文：
“做完’月宮一號’實驗，我們應邀去參加了莫斯科空天科學大會，介紹了實驗的部分結果。中場休息期間，好多之前不愛搭理我們的專家甚至排斥我們的專家，很熱情地過來與我們交流，探討是否可以搞些合作。”劉紅永遠不會忘記這一幕。
在此之前，劉紅也經常帶領團隊參加此類交流活動，但經常不被歡迎甚至被排斥，因爲當時中國在生物再生生命保障系統領域還是個空白。劉紅，自2004年起任職北京航空航天大學，大膽地開啓了對該領域的研究。
遠離地球之後，人類想在空間站、月球以及火星等外太空長久生存，這套生物再生生命保障系統將不可或缺。
“航天就是人類的未來，人類有可能到地球以外的地方生存、定居，想想就很讓人激動，是令人神往的一件事情。”談及初心，劉紅的神情仍然充滿了憧憬。而就是這樣的一腔熱忱，支撐着劉紅數十年如一日，克服了一個又一個的“不可能”，創造了一個又一個的第一，讓中國在該領域成爲世界一流水平。
目前，劉紅教授正在帶領着團隊們準備做空間實驗。雖然未來還是個未知數，但劉紅團隊的實驗不會因此而停擺。她更相信科學守正創新，只有過硬的技術實力，才能夠贏得更大的機會。劉紅教授希望未來二三十年，她研究的這套再生保障系統可以用到外太空。
到時候，人類生活所必需的物質，比如氧氣、水和食物，都可以在系統內循環再生，就像地球生態環境一樣，提供生命保障。
“給我2億也不能給他掛牌哇”
頭戴歐根紗藏藍色遮陽帽，脖子上繫着一條淡紫色紗巾，身穿過膝藏青色大衣，黑色小短靴，劉紅教授優雅地走進“月宮一號”，鐘錶正好走到相約的15點。
最近，由於實驗樓搬遷，劉紅教授以及團隊的人會經常來“月宮一號”辦公。進門之後，左手邊是一個1：13的“月宮一號”等比例模型，右手邊放着幾排桌椅，桌布全是月球表面圖案；然後就是兩個獨立的304不鏽鋼材質的半圓型建築，這是“月宮一號”的兩個植物艙，其後還有個綜合艙。
就是在這塊佔地160平方米，總體積500立方米的建築裡，劉紅教授及其團隊完成了中國首個長期高閉合度集成實驗以及創造了世界上時間最長，閉合度最高的密閉生存實驗記錄。
回憶起這兩次實驗，最讓劉紅教授感到焦慮的還是第一次實驗。無論是從設施建設還是實驗過程，都面臨着巨大壓力。
當時學校能找到一個5㎡的場地都沒有。但劉紅教授以及團隊已經做完了從單元到小系統的測試，如果想實現更大的突破，必須要到更大場地做系統實驗才行。爲了能夠拿到場地，劉紅在有一次跟隨校長訪問俄羅斯密閉實驗系統時，提前彩打了十幾份PPT，在路上的時間，將PPT分發給同行的領導，並立下軍令狀：“如果給我500平米，我給你做出來一個比這個好至少兩倍以上的。”
之所以有這樣的底氣，劉紅向本站科技表示，從2004年開始做研究到2011年已經7年，團隊在這方面做了很多的積累，而且已經將俄羅斯的系統研究透徹，自己團隊也已經做了小型密閉實驗。“我們的發展是很穩的那種，一步一個腳印，而且我們已經設計了好幾稿，當時已經算是第三稿了。”
場地這個老大難解決之後，接下來就是資金了。“有了場地之後，畫圖做了模型，我就開始’化緣’。”劉紅回憶道。除了從科技部、載人航天申請項目經費之外，劉紅髮動了身邊所有資源，找一些私營企業友情贊助。
“比如會用到空調，我就跟空調企業溝通；實驗需要的預儲存肉類，也是我募集的贊助。”在接下來一年的時間，劉紅教授以及團隊東奔西走，爲項目募集資金。
當然，並不是所有企業都願意伸出援助之手，也會有拒絕的。有的甚至提出非常不合理的要求。“有的企業想說能不能在（月宮一號）前面掛個牌子，我說那是不可能的；也有國外的大公司說可以給2000萬，給掛個牌子。我說，你給我2個億，我也不能掛，你別看我缺錢。”劉紅說道，即使再缺錢，也不能把一個嚴肅的科學研究變成商業行爲。
場地有了，資金有了之後，就是構建系統了。據說，“月宮一號”僅用了短短6個月的時間就建造完成，創造了世界奇蹟。在2013年11月19日，“月宮”建成，封艙運行，2014年農曆大年初四，“月宮一號”開始了爲期105天的密閉有人實驗。
雖然對自己的技術很有信心，但畢竟是大活人關在密閉艙裡，劉紅教授生怕出了什麼問題，因此精神壓力非常大，每天晚上都會做夢。兩個植物艙都分別有個應急逃生門，萬一出現火災或出現事故，必須要有這麼一個門可以迅速逃離出來。所以，這就意味着這個門非常容易被打開，無論是外面還是裡面，都很容易打開。但一旦打開實驗就算報廢。
“當時學校會安排一些人來參觀，有各方面感興趣的人，也有中小學生。我就經常會做夢，有人動了我的門，就會大喊出來’別動我的門’，突然間的驚醒。”每當回憶起這些，仍讓劉紅心驚膽戰。
比較幸運的是兩次實驗都進行的非常順利，第二次實驗，“月宮365”不僅創造了世界上時間最長、閉合度最高的生物再生生命保障系統實驗；而且成爲世界上第一個建立用生物單元來調控系統平衡的，此前國際上沒有任何一個國家可以做到。
爲期370天的“月宮365”實驗成功標誌着我國在生物再生生命保障技術領域達到世界尖端。
“下一步，我們去外太空”
在成功完成地基綜合實驗系統之後，下一步就是空間實驗了。
“我們的技術目標是要用到比如月球、火星以及軌道空間站上。這些地方的環境與地面上是不一樣的。比如重力會不一樣，月球上僅是地球六分之一重力，火星上大概有五分之二重力；輻射也會不一樣，即使有密閉艙，做好了防護，仍然會比地面上高；磁場也會發生變化，地球是有磁場的，月球上是沒有磁場的，火星上磁場非常小。”劉紅解釋道，“重力變了，輻射變了，磁場變了，對生物會產生不同的影響，繼而對系統產生影響，所以，我們必須要做空間試驗。”
當然，進入太空試驗，也需要一步步來。劉紅表示，首先會在太空做小型無人實驗，完成一個生長週期之後，再嘗試更大空間的有人實驗。
當被本站科技問到這套再生系統何時可以用到外太空時，劉紅教授給出了一個非常樂觀的答案：“希望二三十年應該能夠用到。其實技術發展很快，你能想象到20年的今天這樣子嗎？”
以下爲本站科技《逐夢星空》欄目對話“月宮一號”總設計師劉紅的部分內容：
未來二三十年 再生保障系統可用外太空
本站科技：從2018年5月15日爲期370天的“月宮365”實驗順利結束，我們創造了世界上時間最長，閉合度最高的密閉生存實驗記錄，到現在已經有4年時間了。您有規劃新的項目嗎？
劉紅：實驗結束以後首先要對實驗取得的數據成果進行分析總結，形成一些技術報告、研究報告，這是非常大的一部分工作。因爲實驗進行得很長，做的研究也非常多，取得了大量數據，需要總結分析。因此總結就佔了我們工作很大比例。
另外，我們之前的實驗都是地基實驗，在地面條件下密閉環境裡做實驗，技術目標是要用到比如月球上、火星上，也有可能會用在微重力條件下，例如軌道空間站。這些環境跟地面上是不一樣的，比如重力會不一樣，月球上六分之一重力，火星上大概五分之二重力，重力是不一樣的。與此同時輻射也會跟地面上不一樣，雖然會有密閉艙做防護，但是會比地面上高一些，應該可能會比坐飛機還要高一些。再加上磁場的變化，地球是有磁場的，生物都是在有磁場的條件下世代繁衍的，月球上是沒有磁場的，火星上磁場也非常小。
重力變了、輻射變了、磁場變了，所有這些綜合環境因素會對系統產生影響，對裡面的生物產生影響，繼而對這個系統產生影響，所以我們必須要做空間實驗。
做了空間實驗，通過天地對比之後獲得矯正參數，來矯正地面大系統實驗取得的計算模型，通過矯正之後用到太空。因此實驗結束之後以及後邊的十幾年的工作都要聚焦在做空間實驗上。
本站科技：目前在該領域國際還有什麼新的進展嗎？
劉紅：我們是已經做了兩次長期密閉實驗，國際上比如俄羅斯想再做新的一次密閉實驗；美國的月球溫室，針對月球的一些需求搞一些實驗，但是是開放式的，不是密閉的；沒有做過有人密閉實驗的歐空局在致力於做密閉實驗。
本站科技：這套再生系統何時用到外太空，大概就是二三十年以後是嗎？
劉紅：對，希望二三十年應該能夠用到。其實科技發展得很快，你想想看20年前你能想象今天這樣嗎？
本站科技：像您這樣的項目後續要取得更大的發展關鍵因素是什麼？能夠使它取得更大的發展。
劉紅：關鍵因素就是接下來必須要做太空實驗，做太空實驗把地面的大系統實驗建立的技術參數和計算模型進行矯正，就可以用到太空，否則的話是不行的。
“月宮”實驗獲NASA/ESA好評 已屬國際最好水平
本站科技：目前來看，中國的“月宮365”在國際上還是很領先的？
劉紅：對，我們的技術水平屬於國際最好的水平。
本站科技：在中國創造了370天的記錄之後，國外與中國在該領域的交流出現了怎樣的變化？這套系統的門檻在哪？
劉紅：370天只是持續的時間長，更重要的是通過這麼長時間的實驗就可以做一些短時間的實驗不能研究的東西。比如長期穩定運行調控技術；因爲時間長，而且有換班，不同的乘員組代謝水平還不一樣，這樣就可以研究不同的乘員組進來出去，以及換班還有重疊會有很高負荷的衝擊，對整個系統產生什麼樣的影響；如何讓其受了影響之後還能回到正常的平衡狀態。
因此我們是世界上第一個建立用生物單元來調控系統平衡的。之前國際上都沒有做到，他們基本上要靠一些物質的輸入輸出來實現。
本站科技：國際上對這套系統的評價？
劉紅：對我們的評價還是挺高的。NASA美國航空航天局也有一個專門的團隊做這個方向，他們的首席科學家就專門寫了一個綜述，綜述了各國這方面的研究進展。其中有很大的篇幅介紹月宮一號。是公開發表的，這是極其嚴肅的，比寫封信評價信更謹慎。當時他寫綜述的時候我們是剛做完105天實驗，他說我們的105天實驗在閉合度和生物多樣性上超過了以往任何一個系統。
本站科技：印象中，您曾經提到此前帶團隊去國外交流，還被排斥？
劉紅：對，2014年做完實驗去莫斯科開空天科學大會。當時我們介紹了實驗的一些大的結果。介紹完之後中場休息，就有好多的之前不愛搭理我們的專家甚至排斥我們的專家都很熱情地過來，跟我們做交流，探討是不是能搞一些合作，數據交換等等，對比還是很明顯的。
NASA那位首席科學家人是一位很嚴肅的學者，我們做完這個實驗，他邀請我去參加了NASA內部的會議，就是隻有NASA和ESA（歐空局）的人蔘加。當時好多人很驚詫中國人竟然出現在了這個會場上，因爲之前中國人從來沒出現過。他邀請我作了一個主旨報告，排在第二位演講。
初心不改 熬過最艱難時期
本站科技：在大家詢問您“月宮一號”讓您感覺最難的是什麼。您說是場地，您不僅解決了這個問題，並且承諾要比俄羅斯的密閉實驗系統要好2倍以上。您當時喊出“2倍”以上的信心來自哪裡？
劉紅：當時校長帶隊去俄羅斯參觀交流，當時看了俄羅斯人建的密閉mi系統，但畢竟俄羅斯的系統是70年代末建的相對比較早。我們從2004年開始研究，已經研究了七八年了，已經積累了很多的東西。我們不僅將俄羅斯的系統弄得很清楚，而且有了自己的新想法，做了很多創新研究。
而且在2009年到2010年的時候，我們做了一個有人部分參與的小型密閉系統實驗，我們的發展是很穩的，一步一個腳印的。先做單元然後再做小系統，初步確定技術方法是否可行。這個小型實驗我們做了279天的，也是很艱苦。
做完了這個之後，我心裡面基本上還是有一些數的，還是有一些信心的。如果給我一塊地方，我一定能把它建得更好，而且我們已經設計了好幾稿。當時應該算是第三稿。
本站科技：除了場地之外，您當時感覺還有比較艱難的時刻嗎？
劉紅：場地，資金也是，但是資金比場地要好一些，因爲有了場地之後，畫了圖做了模型，我就開始化緣。除了從國家，比如從科技部、載人航天申請一些項目，經費之外，我就開始找一些企業來資助。有一些私營的企業其實是很有情懷的，比如我會用到空調，就跟空調企業溝通。我大概有接近一年的時間一直在跟各個企業在溝通。
本站科技：您接觸這麼多企業，被拒絕了多少次？那他們圖什麼呢？
劉紅：他們會覺得參與到未來人類航天需要的技術研究，做一些貢獻是很光榮事。
當然，也有企業想說能不能在月宮一號前面掛個牌子。我說那是不可能的。還有國外大公司說可以給2000萬，掛個牌，我說你給我2個億我也不能給你掛，你別看我缺錢。我們做的是一個嚴肅的科學研究，不能把它變成商業行爲。如果那樣做就沒有意義了。
本站科技：這也是特別想問您的，您來到北航投入到這個領域初心是什麼？
劉紅：我一開始到北航覺得就應該做跟航空航天結合的方向，這樣纔會符合學校發展方向；我原來是做環保的，就在想防止環境污染的最高境界是什麼？是所有物質循環利用沒有污染。尤其在外太空廢物都扔出去了就需要源源不斷地輸入，如果能夠完全地循環再生利用就沒有污染排出，所以當時對這個就特別感興趣。而且航天就是人類的未來，人類有可能到地球以外的地方去探索、生存、定居，想想就很讓人很激動，很令人神往的一件事情。
本站科技：但是您一開始着手這個領域的時候還是挺艱苦的，一人一實驗臺。
劉紅：對，但是你很感興趣，你很神往的，就覺得很有趣。雖然那個時候大家都覺得你做這個有什麼用，但是我就覺得它會很有用。
本站科技：當時您說365實驗面臨的是前所未有的挑戰，當時挑戰主要是哪些？
劉紅：我們要把這個系統建到月球上，不可能說把你們倆派去了然後你們就在那兒待一輩子，一定是會有換班，相當於我來了把你們換回去。
但人跟人都不一樣，比如呼吸的數量不一樣，消耗的氧氣產生的二氧化碳不一樣，飯量不一樣，喝水的量不一樣。水和食物還可以儲存，但氣體就很難了。怎麼樣保證不管是誰來了都能平衡，這是我們必須要研究的，人員更替，要保持平衡。
本站科技：當時您也說壓力很大，每天晚上都睡不着覺，精神狀態其實也很不好。
劉紅：對，會有很大的影響，尤其是第一次實驗。第二次實驗還好，因爲能想到的可能會發生的那些意外事故相對來說會比較少了。第一次實驗，因爲相當於沒有做過，雖然對自己的技術還是很有信心，但是畢竟大活人關在一個密閉艙裡邊，這人命關天啊，他們在裡邊比如有可能由於一些故障，比如氧氣產生量不夠了，二氧化碳太高了，就有可能對人產生不好的影響。
還有可能比如他在裡邊誤操作，因爲裡邊有很多的轉動設備，風扇、電機什麼的，如果要是誤操作擠着手了什麼的也是問題。我經常會做夢，有人動了我的門，會大喊“別動我的門”，突然驚醒。
本站科技：那您怎麼排解這些壓力？
劉紅：反正挺難熬的，沒辦法。
本站科技：在“月宮365”告知志願者們延長5天的時候，志願者的反應如何？如何幫助他們排解這樣的焦慮情緒？
劉紅：對，會有，每個人的反應不一樣，有的人比如還想多做一些實驗的，他會覺得還挺好；有的人自己的實驗做完了，他正想着出來呢，突然跟他說，他就會有一些情緒，有的情緒還比較激烈。這也是我們要研究的。其實在太空中也會出現這種，執行任務有可能到期不能及時回來，各種原因都有可能的，這種事情在太空當中經常發生的。它會發生什麼？你在地面上把這個研究清楚，如何疏導這種事情也是研究的點，也是很有趣的。
本站科技：像當時開艙門的時候您是什麼心情？
劉紅：首先就是如釋重負，終於做完了，可以睡個踏實覺了，終於做完了。也是觀察他們每個人的狀態，感覺都還挺好的，每個人狀態還挺好的，所以也挺高興的。開門的那一下感覺挺舒服的，裡邊很清晰的空氣撲面過來，因爲是那種比較溼潤一點的，不像北京很乾燥的，富氧離子很多。
本站科技：您對主持這樣的項目，期望是什麼樣子的？
劉紅：我經常說，我們的使命是讓世界上一切不適合人生存的地方，都讓人在那兒可以生存得舒服。
本站科技：你覺得這個目標能實現嗎？
劉紅：能，就是我們的技術原則上是可以做到的，只是針對地面我們要把它變得便宜，針對太空我們要讓它的變得更好用。