[发明专利]迷你太空农场——用昆虫循环全部生物废料的食品再生系统

说明书

发明所属的技术领域：

在人类长期太空生活环境中一种食品自给自足的生产方法。特别是通过饲养多种昆虫，实现在太空封闭环境中用最小空间和重量，将全部生物废料高效转化为食品的有效方法。

背景技术：

人类太空旅行至今仍局限在近地轨道，而食品的供应均全部来自地球。然而今后人类将要越飞越远，近年世界各大国都提出建立月球基地和探测火星的计划。人类要去较远的星球进行深空探测(例如要飞数年数十年以上)或去其他星球移民，这些中长期的载人航天计划中，生命保障技术是关键，其中解决对宇航员和星球移民的食品供应更是关键中的关键。即使目前在近地轨道飞行的空间站，也会出现食品短缺的时候，它的每公斤食品成本也要1万美元。而美国计划中的火星旅行，需3年时间，由地球上发射运输的成本已达到每公斤2.18美元，昂贵得难以接受。

由于这类食品供应的巨大体积重量和昂贵的成本，对远距离深空探测旅行，即使要在距地球最近的月球和火星建立住人的基地，从地球供应食品已变成不可能。所以以美国为首的国家，正在研究开发一个闭环循环的生物再生生命保障系统(简称闭环生保系统)，其英文名为Bioregenerative life supportSystem(缩写为BLSS)，其中主要的部分是在太空的飞船，空间站或星球移民生活的封闭环境中实现食品、水、空气的再生循环使用，即利用人类和生物产生的废物经处理后能重新循环，再产生食品、空气和水，从而可实现人类在太空长期生活，不必再靠地球供给。

美国航空航天局(NASA)从60年代就开始开发在空间种植作物系统，如小麦，大豆，土豆，近年来还开发了蔬菜和瓜果。它们能在光照下，生产供食用的淀粉、植物蛋白、维生素等人体必须的营养，而且它可吸收CO₂释放氧气，能循环利用废水和部份人体排泄物。但它的营养成份不完全，且需要长期的光照能量，生长空间大，周期长，效率低。废物只能小部份循环利用。NASA曾化费1.5亿美元在美国业利桑那州沙漠中兴建的所谓人造小地球“生物圈二号”，其中主要是种植植物的密封系统，有八名科学家在其中自给自足生活了一年七个月，最后因圈内环境恶劣，无法再维持生活，只能走出生物圈，而宣告该计划失败。它暴露了光靠植物种植系统来提供宇航食物，空气和水，是不能满足NASA所提出的先进闭环生保系统的条件。多年来俄罗斯日本等对太空食品也进行了大量的研究，日本科学家还提出了太空农场的概念。但他们主要都是依赖植物性食物，这对人类的营养需要是远远不够的。目前，水和空气的再循环技术已获基本解决，加上最近在月球和火星上发现极可能有大量冰冻水的存在，果真如此，则水与氧气的供应更无问题。

目前最难的是食品的再循环，其中最棘手的是人类粪便的再利用。美国NASA及有关大学和其他研究机构，研究了从人的粪便中回收有用物质的技术，然而至今仍无人知道，怎样才能直接将人体粪便转化成不大可口但有营养的食物。目前所研究的环闭生保系统，宇航员的食物还是着眼于靠人类在飞船中种植的粮食和其他蔬菜中取得。人体粪便主要只用作植物的肥料和燃烧后产生CO₂供植物呼吸用。

目前在空间站由于废料垃圾不能任意丢入太空，只能打包储存运回地球，这些废料垃圾在空间站大量成年堆积。这些废料垃圾主要都是人的粪便，呕吐物，食物残渣，包装材料等。这些废料垃圾的处理一直是载人太空飞行中的头疼问题。NASA最近几年公布的有关先进生保系统的研究招标课题中，一直把太空人居住环境中粪便和其他固体生物废料的再循环生产食品的课题列为首位，可见解决此一问题的迫切性。至今NASA所追求的环闭生保系统还远未实现。这里显而易见的是，若不解决上述食品再循环生产的难题，是不可能实现在月球和火星建立基地的。

实际上，人体的营养摄取率是不高的，许多营养将从人的大小便中排出。宇航员长期在太空微重力环境中，会导致人体严重的营养不良，丢失大量钙等人体必需的物质，它们主要从大小便中排出，其中的机理至今未明。可以肯定，在宇宙空间，人体的大小便是宝贵的营养源，它不能被视作废料，它的营养成份应该用有效的方法回收变成食品再回馈给人体。以达到先进生保系统的要求。

发明内容：