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人类要在月球基地长期待着,总不能一直从地球运吃的运氧气。不少航天迷都在琢磨,真把基地封起来,光靠里面放些花花草草小猫小狗,能撑得住吗?
这事不是科幻瞎扯,现在中美俄欧的航天机构都做过不少闭合生态系统的地面试验,结论其实挺明确,不是随便抓一把物种往里塞就行,得挑对了才行。
现在就说说,真要在封闭月球基地里建起氧气和食物循环,到底得放哪些动植物,这里面全是实打实的科学讲究。
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先说植物,能干活的首选肯定是各种作物,既要产氧气,还得能当粮食。现在航天领域公认最适合放进闭合循环系统的,有小麦大豆土豆这几样。
这些作物生长周期不算太长,光合效率高,单位面积产的生物量足够,还能直接当口粮。中国航天员在天宫空间站就种过水稻,已经验证了空间微重力环境下能正常开花结籽,这就是现成的经验。
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除了主粮,还得有叶菜,比如生菜小白菜,生长快,几天就能收一茬,既能补充维生素,还能在短时间内大量消耗二氧化碳产氧气。
还有苜蓿,这家伙固氮,能改良循环里的营养液,还能当饲料,是给动物准备的后手。还有一些低等植物,比如螺旋藻,生长速度极快,蛋白质含量高,对空间要求小,光合效率比高等植物还高,很多闭合生态试验都把它算进去。
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有人说植物只要会光合就行了呗,其实不是,月球基地里的植物也讲搭配,不能光种吃的,还得有一些专门负责处理废物的植物,比如某些能够富集重金属吸收多余养分的水生植物,保持整个循环里的水质不恶化。
现在公开的航天试验数据显示,一个成年人每天需要消耗大约0.84千克氧气,呼出大约1千克二氧化碳,一平方米的高产小麦,在合适光照下一天大约能产0.05千克左右氧气。算下来,一个人大概需要15到20平方米的光合植物面积,才能满足氧气需求。
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说完植物再说动物,这里要先讲清楚,封闭循环里不需要太多动物,因为动物本身只消耗氧气不产,还会排出废物,放多了整个循环扛不住。那为什么还要放?
一来是补充食物来源,给基地里的人提供动物蛋白,二来是帮忙处理植物不能利用的废弃物,比如秸秆加工后的副产物,人的一些厨余,喂给动物就能变废为宝。
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最合适的,首先是蛋鸡,蛋鸡占地面积小,吃的是植物性饲料,直接产鸡蛋,蛋白质质量高,效率比养猪养牛高太多,也就是说,吃进去一千克饲料,能产出更多可食用的动物蛋白,非常适合小空间的封闭系统。
然后是鲫鱼或者罗非鱼这种淡水鱼,搞水培一体化的时候,鱼池里的水可以给植物提供养分,鱼又能吃一些水里面的浮游生物和植物残渣,一举两得,还能产肉补充营养。
还有就是蚕,这个不少人没想到,其实中国做过相关试验,蚕吃桑叶,产的蚕蛹蛋白质很高,桑树叶本身也有一定的光合能力,而且蚕占用空间极小,对环境要求不高,是很优质的动物蛋白来源。
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还有一些微型动物,比如蚯蚓,放在种植床的基质里,能帮忙分解有机物,改善基质透气性,处理植物的枯落物和一些有机废物,整个循环的物质周转会更顺畅,不用太多,投放一点就能干活。
那能不能放哺乳动物?比如羊啊兔子啊,其实也可以,但它们消耗的饲料多,产肉效率低,占地方大,早期基地空间有限,肯定优先放效率高的,等以后基地大了,才能慢慢加进去。
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整个循环的逻辑其实不复杂,植物通过光合作用,把人呼出来的二氧化碳变成氧气,同时把水和无机养分变成可食用的有机物,供给人和动物。
人和动物的排泄物,还有植物不能吃的秸秆残体,经过微生物分解,变成无机养分,再回到种植系统给植物用。动物就是中间的转换器,把没用的植物副产物变成能吃的蛋白,顺便丰富一下食谱,总不能天天吃叶子吃豆子,谁都扛不住。
根据NASA早年做的闭合生态系统试验,还有中国的月宫365试验结果,只要物种搭配合理,面积足够,完全可以实现基地内氧气和主要食物的闭合循环,月宫365试验里,志愿者在封闭系统里待了一年,氧气和食物都实现了百分之八十以上的自给,就是最好的证明。
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当然,早期的月球基地,不可能完全不靠地球补给,但这套闭合循环系统能大大减少补给量,降低成本,也能应对长期补给中断的风险。
选这些物种不是乱选的,全是几十年地面试验筛出来的,光合效率,产率,环境适应性,都卡过指标。现在载人登月日程越来越近,未来建月球基地,这套动植物搭配方案,说不定真的会用上去。
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