0 引 言
当前，中国空间站已进入稳定运行阶段，载人登月和火星探测计划正在稳步进行中。美国计划在21世纪30年代中期实现航天员登陆火星，欧空局（European Space Agency，ESA）也于2024年宣布重启ExoMars火星探测计划。随着未来载人深空探测任务的逐步开展，再生式生命支持系统变得越来越重要。该系统能够将人类的代谢产物回收为可重复利用的资源，而不仅仅依靠从地球往返运送的物资[1]。目前，载人航天器，如空间站等，主要采用物理化学方法回收氧气和水资源[2]，而食物补给往往需要通过货运飞船运送。生物再生式生命保障系统（Bioregenerative Life Support System，BLSS）可通过生物方法实现生命保障物资的循环利用和原位食物供给，是建立地外基地、实现中长期载人深空探测的关键技术之一。在生物领域，微藻被视为最有潜力的候选物种之一。微藻具有产氧效率高、空间占用少、营养丰富的特点，可以大量合成蛋白质、脂肪酸、多糖、类胡萝卜素等生物活性物质，在地面可作为安全的植物来源营养补充剂，也是空间站生态系统维持和营养补充的理想原料[3]。同时，微藻的生长可通过改变光强、温度等条件实现精确控制，这些特性使它们成为空间试验的理想对象。但微重力条件对藻种的耐受能力和营养特性的影响仍需深入研究，并需对藻种进行筛选和评价。
载人航天器内的可居住空间是一个高度受控的环境，它可以为航天员提供适宜的生活条件[4]。该受控生保系统的参数范围需要控制在合适的区间内，包括光照强度、温度、湿度和氧气浓度等，可控的环境参数对生物生长性能的预测具有良好的反馈作用。然而，太空环境也会带来很多不利条件，例如微重力和辐射等，这些条件会影响藻类的生长代谢和光合作用等[5-6]。此外，与在地面上常见的开放式培养条件不同，舱内生存空间体积受限且环境封闭，这也会导致未知情况的出现，例如在封闭环境中，某些藻类代谢产生的挥发性有机物可能积累，对其生长环境产生潜在影响[7]。因此，研制适用于深空探测任务或在外星球基地运行的微藻培养与熟化试验装置，探究微藻空间培养的能力与约束条件，并对其开展原位加工熟化试验，以获得关键技术参数和工艺参数，将作为未来BLSS的有益补充，并为人类未来异域生存和发展提供基本生存必需品和技术基础。
1 系统组成与试验规划
本文以微藻作为研究对象，在空间失重环境条件下进行培养，开展空间微藻培养与食品原位加工制备关键技术和装置研制工作。在轨试验的主要目标是在有限的体积、重量和功耗要求下，研发一套试验装置，实现微藻在轨培养、产氧量评估、原位熟化加工和样品采集功能。因此，在试验装置设计上做如下考虑：
（1）针对液态微藻和固态基微藻的生长特性，涉及满足其生长所需的温度、光照等环境及营养物质补给的装置。通过监控装置，实时监测培养环境的变化；在封闭环境下，通过地面指令控制，实现液态微藻的自动传送、采集、熟化等操作。
（2）评估固态微藻的氧气释放速率。
（3）在功耗受限条件下，设计微藻熟化装置完成液态微藻的熟化试验。
（4）考虑载荷重量、大小，以及温度等限制条件，尤其针对生物特性，将载荷单元结构体与生物部分设计成分体形式，分两次上行，装置在轨进行对接安装；样品采集装置设计在前面板处，便于拿取。
空间微藻培养与熟化试验装置根据功能需求划分为微藻培养模块、电源模块、微藻熟化模块、通信与内部环境参数监控、样品采集五个模块，其系统组成如图1 所示。其中，微藻培养模块主要完成液态和固态微藻受控培养任务，为微藻提供光照、养料及生长空间等条件，并监控培养区的温湿度、压力等参数，以影像方式记录微藻生长过程；电源模块为装置各功能模块提供电源；微藻熟化模块主要负责微藻原位熟化加工任务，通过传输系统将培养后的液态微藻泵入反应器中，实现液态微藻的靶向熟化，监测熟化过程的温度、热成像等相关参数；通信与内部环境参数监控负责自动采集、传输监测微藻培养、熟化过程中系统各项运行参数，具备装置指标超限或故障预警功能；样品采集模块负责采集微藻样品。
根据上述功能需求，设计空间微藻培养与熟化试验装置如图2 所示，包括微藻培养模块、微藻熟化模块、样品采集模块、电源模块及电路箱、箱体结构件等。其中，微藻培养模块主要包括液态和固态微藻培养反应器、CO2储气袋、氧气收集器和废气收集袋等；微藻熟化模块主要包括微波发生器、微波加热器和熟化监控组件等；电源模块为系统提供+5 VDC、+12 VDC和+28 VDC三路稳定电源；电路箱包括通信与内部环境参数监控电路，控制和采集包括温湿度传感器、气压传感器、氧气传感器以及影像装置等运行数据；样品采集模块位于装置前部，能够自动收集微藻样品，在装置的前面板设有安装槽和样品取出窗口，方便航天员在轨操作时取下采集管。
空间微藻培养与熟化试验装置的主体部分已搭载梦天实验舱进入空间站，二次上行装置携带微藻生物样品，已随货运飞船上行。两者在轨完成安装后，已开展在轨试验，并与地面同步进行试验。地面上的同步装置将实时模拟在轨操作，以对比天地间微藻培养的差异性和熟化特性的不同。该装置的控制软件具备数据采集、状态控制和查询等功能；同时，它与地面保持通信，接收地面站发送的指令信息，并回传传感器采集数据及系统运行状态，系统试验规划如图3 所示。
2 关键技术研究
航天器内空间环境复杂多变，具有失重、强辐射、气压波动和温度变化等特点，与地面环境存在显著差异。因此，在开展空间微藻培养与熟化试验之前，首先需要对试验藻种进行筛选，确保其能够适应极端的空间受控环境，并满足功能需求。此外，研制适用于舱内环境的微藻培养与熟化载荷装置时，需统筹考虑多项工程关键技术，包括气液交互技术、空间微波熟化技术、空间样品采集技术和能源管理等，为空间科学试验的顺利实施奠定坚实的技术基础。
2.1 空间试验藻种筛选
本文试验选用的微藻藻种须具备优良的营养功能，同时易于养殖、生长迅速、固碳能力强、放氧量大且产量高。根据前期研究和摸底试验结果，并结合空间条件和繁殖能力的要求，筛选出的空间实验的备选藻种见表1 。
表 1 空间试验的备选藻种Table 1 The candidate microalgae species for space experiments |
| 序号 | 备选藻种 | 营养功能 |
| 1 | 螺旋藻 | 富含蛋白，具备可食用性 |
| 2 | 小球藻 | 富含蛋白，具备可食用性 |
| 3 | 微拟球藻 | 富含蛋白质、多不饱和脂肪酸（如EPA）和色素， 营养价值高，具备可食用性 |
| 4 | 莱茵衣藻 | 模式藻种，具备研究价值 |
| 5 | 三角褐指藻 | 模式藻种，具备研究价值 |
| 6 | 黄丝藻 | 富含ω-7（维护心脑血管）功能性脂肪 |
| 7 | 菱形藻 | 富含岩藻黄素 |
式（1）为微藻通过光合自养生长进行光合作用。这是其利用光能将二氧化碳（CO2）和水（H2O）转化为氧气（O2）和可食用藻类生物质（葡萄糖、C6H12O6）的关键能力[8]：
在地球上的研究主要集中于微藻的性能及其与系统其他部分的相互作用，而空间试验则需要聚焦于空间环境对微藻生理的影响。目前，全球已有约50项试验将不同藻类送入太空，包括小球藻、莱茵衣藻、斜生栅藻等。这些试验的持续时间通常不超过几天，但也有少数试验的时间较长。
根据试验任务的要求，空间微藻培养在常温环境下进行，因此选择了适应常温条件的微藻种类。综合考虑液态微藻作为太空应急储备食品的潜力及其科研价值，最终选定了三种微藻作为藻种筛选对象：微拟球藻、三角褐指藻和小球藻。其中，微拟球藻富含蛋白质、多不饱和脂肪酸（如EPA）和光合色素，具有很高的营养价值；其生长速度快，适应性强，适合受控空间培养，并且具有较高的固碳和放氧能力。小球藻蛋白质含量高，富含维生素和矿物质；其光合作用效率高，易于大规模培养，并且已在多个空间试验中验证了其可行性。三角褐指藻作为模式藻种，具备重要的研究价值；其光合作用能力强，是空间生命支持系统的优良候选藻种之一。螺旋藻因其高营养价值、快速生长、强适应性、易于培养和高安全性，成为本次空间固态微藻培养试验的理想选择。本文试验目的是评估其在微重力环境下的生长特性、光合作用效率及氧气生产能力。
2.2 受控空间微藻培养技术
装置设计包括液态和固态两种微藻培养模块，可以同步开展在轨试验。液态培养模块采用密闭模块培养方式，由于微藻在进行光合作用时需要碳源，同时形成再生产物O2。除了试验初期启动时提供的部分碳源外，还需在轨试验期间进行CO2补给。然而，若受控培养系统中的氧含量过高，可能会对微藻产生较强的抑制作用，从而影响整个系统的稳定性。因此，平衡好受控系统内的CO2-O2是本试验的关键技术之一。
首先，在地面条件下通过摸底试验确定系统中微藻对CO2的消耗与O2的产出，明确关键气体含量与系统平衡之间的关系。同时，开展不同介质间的气液交互方法研究，建立动态调节机制，并研制了能够定时、定量补充CO2的补充装置，同时配备了废气收集袋回收系统产生的气体，如图4 所示。
液态微藻培养反应器采用热电效应制冷器实现温度控制，通过散热片和风冷方式散热，使培养温度控制在适宜范围内。通过程序设置调节LED灯的明暗周期比，为微藻提供光合作用能量。系统的温湿度、气压等环境参数可被实时监测。此外，传输系统可以将培养后的微藻泵入微藻熟化反应器，进一步开展原位熟化试验，也可将其传输至样品采集器内存储，等待航天员在轨操作时取下采集管并带回地面。
为了实现固态微藻培养模块的壳体结构的气密性，避免与外界环境产生气体交互，设计了一种长方形槽式铝合金光生物反应器，采用生物膜贴壁培养技术，并利用多种微孔锁水材料复合成型。在试验过程中，藻种以藻膜状态形式接种在培养基表面，通过介质材料的毛细作用，营养盐被输送至基质表层，为藻细胞生长提供养分。这种营养物质的迁移和传递方式具有缓释效果，可以为微藻的长期培养持续提供充足的养分供应。光源为LED白光，经过导光板的分散后均匀照射在微藻表面，以支持其光合作用生长，如图5 所示。通过传感器连续测量温度、压力和氧浓度等培养参数进行测量，从而实现微藻在轨培养过程中光合放氧速率测量的监测。
2.3 空间微藻靶向熟化技术
微波加热是一种介电加热技术，能够精准地加热食品物料，无需借助其他传热介质，能够大幅减轻空间站资源消耗和操作要求。因此，本文试验采用微波加热技术对微藻进行熟化加工[9-10]。在确保微藻杀菌和熟化的要求下，在符合航天频段限制和冗余设计的前提下，本文研究团队成功解决了微失重状态下不确定体积液态微藻漂移引发的微波能量定向供给难题，并在食品领域首次设计了植入式微波加热方法，研制了空间受控环境下微波靶向加热新型专用装置，见图6 。其中，微藻熟化反应器腔体是微藻熟化模块的核心组件，专为空间站失重环境设计，用于承载和加热微藻液体。其设计充分考虑了空间站的实际需求，物料入口方向可根据任务要求灵活调整，以确保微藻液体在失重条件下的稳定传输。反应器内的活塞初始位置位于腔体顶部，能够有效排出腔内空气，避免气液混合导致的加热不均匀情况。当传输系统启动后，微藻液体从培养反应器泵入熟化反应器，活塞随液体注入逐渐后移。当液体达到指定量时，活塞底部进入光电耦合器感应范围，触发加液完成信号。此外，活塞设计还预留了缓冲空间，以防止加热过程中腔内压力升高，确保系统安全运行。活塞通过两层硅橡胶密封圈实现腔体密封，有效防止液体泄漏，保障系统在失重环境下的可靠性。
该装置采用的创新设计克服了传统微波加热设备空间占用大加热均匀性差的缺点，并针对空间站环境进行了重新优化。其紧凑的结构和靶向加热技术实现了失重环境下能量的高效吸收，有效提高液态食品整体加热均匀性，为空间液态微藻熟化提供了高效解决方案。同时，该装置实现了小型化、轻量化，操作过程也更加简单化和自动化。开发的实时监控系统能够全方位记录试验过程中的热量分布规律及交互特点，为比对天地试验的差异性提供了条件。
2.4 空间环境下的样品采集技术
装置具备空间环境下的液态微藻样品采集功能，通过地面指令控制，实现液态微藻的自动传送。微藻液体传输采用微型液泵抽取方式，电磁阀、微型液泵、流量计和传输管路组合形成藻液的传输通道。在无需传输藻液时，传输通道的电磁阀处于关闭状态，维持了培养模块整体的封闭性。当需要输送微藻液体时，监控模块首先控制进出微藻反应器的电磁阀开启，然后启动微型液泵，将藻液传输至指定位置。每台微型泵均以固定流速模式运行，通过预先设置微型泵的工作时长，可以精确控制输送的溶液量。每个液体管路均设置有流量传感器，每秒的流量值均可实时反馈至试验单元的主控处理器。一旦传输总流量超出预警值，系统将发送指令关闭相应的阀门和泵，停止传输。传输系统的设计方案如图4 所示。该传输系统可以实现空间环境中液态微藻的自动传送和采集，避免藻液传输受微重力环境影响。
微藻样品采集器如图7 所示，主要由输液管接头、锁紧盖帽、密封垫、单向阀、疏水透气膜、PET管体等部件组成。采集器壳体采用透明材料聚对苯二甲酸乙二酯（Polyethylene Terephthalate，PET）制作，最大存储容积为20 mL。每个采集器均可通过传输管路分别与液态微藻培养反应器和微藻熟化反应器连接，从而分别采集空间培养和熟化的微藻样品。采集器安装在装置前面板处，便于拿取。
3 地面试验结果分析
空间微藻培养与熟化试验装置设计并安装在梦天实验舱的机柜中，以进行在轨试验。试验首先对备选藻种进行了筛选，综合评估了液态微藻作为太空应急储备食品的潜力及其科研价值，最终选用微拟球藻作为液态培养试验藻种。同时，为评估固态微藻在微重力环境下的生长特性、光合作用效率及氧气生产能力，选用了螺旋藻作为固态培养试验藻种。
此外，为支持在轨试验，同步开展了微藻地面模拟培养试验，验证了微藻在装置内小体积受控环境中的生存能力；通过微藻熟化试验和样品采集试验，验证了装置的靶向熟化功能和自动采集微藻样品功能。这些地面试验为在轨试验的设计与实施提供了重要的技术基础和数据支撑，确保了空间微藻培养与熟化试验的可行性和可靠性。
3.1 空间藻种筛选试验
在实验室开展空间藻种筛选试验时，需要模拟空间站的在轨培养环境参数，以筛选出适合本次空间液态培养试验的藻种。为了控制微藻在空间培养阶段的CO2的消耗和O2的产出，避免因气体产生过多导致反应器“涨袋”现象，需要确保微藻生长处于光合产氧和呼吸耗氧相对平衡的状态。表2 展示了微拟球藻、三角褐指藻和小球藻三种藻种的环境参数对比，可以看出，这三种藻种的培养温度、盐度、pH值和光照强度范围相近，均适合在空间站的环境条件下培养。此外，微拟球藻对高温的耐受性表现更为突出。
表 2 试验藻种环境参数Table 2 Microalgae environmental parameters |
| 藻种名称 | 最佳生长 温度/℃ | 最佳试验 温度/℃ | 存活温 度/℃ | 盐度 | pH值 |
| 微拟球藻 | 23~25 | 10~16 | 2~30 | 3.1%~3.3% | 7.9~9 |
| 三角褐指藻 | 20 | 10~16 | 2~25 | 3.1%~3.3% | 7.9~9 |
| 小球藻 | 20 | 10~16 | 2~25 | 3.1%~3.3% | 7.9~9 |
在试验中，三种藻种（微拟球藻、三角褐指藻和小球藻）分别被装入培养皿中，每皿容量约200 mL，并进行密封处理。密封后的培养皿被放入培养箱中，在两种不同温度条件下（10±1℃和16±1℃）进行为期30天的培养（见图8 ）。藻种在不同温度条件下的培养结果见表3 ，可以看出在16±1℃条件下，三种藻种的最终密度均高于10±1℃条件，表明较高温度条件能够显著提高最终藻种生物量密度，更有利于藻类的生长。
表 3 藻种在不同温度条件下的培养结果Table 3 Microalgae culture results under different temperature conditions |
| 序号 | 藻种 名称 | 温度/℃ | 初始密度/ （个/mL） | 最终密度/ （个/mL） | 培养时间/天 |
| 1 | 微拟球藻 | 10±1 | 5000±70 | 100000±7000 | 30 |
| 16±1 | 5000±70 | 120000 ±9 000 | 30 | ||
| 2 | 三角褐 指藻 | 10±1 | 5000±100 | 100000±7500 | 30 |
| 16±1 | 5000±70 | 120000±9700 | 30 | ||
| 3 | 小球藻 | 10±1 | 5000±85 | 100000±8000 | 30 |
| 16±1 | 5000±70 | 120000±9000 | 30 |
经过30天的培养，三种藻种均存活，表明微拟球藻、三角褐指藻、小球藻均可以满足空间培养的基本要求。然而，综合考虑液态微藻作为太空应急储备食品的潜力及其科研价值，最终选用了营养价值丰富且具有完整基因组的微拟球藻作为液态培养试验藻种。在典型培养条件下，微拟球藻适应性更强，适合受控空间培养。同时，它可作为优质的食品补充剂，为人体提供必需的氨基酸和脂肪酸。选择微拟球藻作为试验藻种，不仅能够满足太空应急食品的高营养需求，还为研究微藻在空间环境中的生长特性和适应机制提供了理想模型，具有重要的科学价值和实际意义。
3.2 微藻地面模拟培养试验
地面条件下，在试验装置中进行了微藻模拟培养试验，旨在探究光照强度、温度、营养物质等环境参数对微藻生长状态和光合作用的影响，并验证微藻在装置内小体积受控环境中的生存能力。液态微藻模拟培养试验在密闭的反应器中进行，如图9 所示。通过控制光照强度、亮暗周期比、培养温度、CO2补充频率等培养参数，使微藻在反应器内处于光合产氧和呼吸耗氧相对平衡的状态，从而实现30天的受控培养。试验结果显示，微藻能够在该环境下正常存活。
在固态微藻培养单元中，螺旋藻在藻种接种后需进行密闭封装。在之后的运行过程中，培养单元完全依靠系统内部供能，与外部环境不发生任何物质交换。如何在受限的空间内一次性提供充足营养物质，同时避免高浓度营养物对微藻正常生长的胁迫和抑制，是受控环境微藻培养的关键条件。为此，本文开展了多轮次模拟培养试验，通过优化装置设计及各项环境参数，得到了如图10 所示的实验结果。在试验过程中，微藻通过光合作用释放O2，通过O2收集器和O2传感器等设备，可计算出固态微藻在培养期间的产氧速率，如图11 所示。产氧速率在培养前2天约为15 g·m−2·d−1。试验结束后，大部分藻细胞呈现深绿色，培养表面有气泡存在，表明藻细胞存活且生长状态良好。这些结果验证了装置设计能够满足试验要求，为后续的在轨试验奠定了良好的技术基础。
3.3 微藻熟化试验
在试验装置中开展了微藻熟化试验，考虑到空间微重力环境下液体加热的特殊性，将微藻熟化温度区间设定为65~70℃，加热时间设定为10 min，以避免溶液体积膨胀和气液混合现象的发生。在试验过程中，通过光纤温度传感器实时采集熟化反应器内的温度变化。在熟化过程的前150 s，采用固定程序加热，而在150~600 s期间，则通过反馈调节控制加热速率，以确保熟化试验的安全性。在此熟化参数下，反应器内的微藻溶液多区域加热效果如图12 所示。试验结果表明，在地面试验中，反应器各区域（传感器测温点、反应器内高温点、反应器内低温点）的热量混合效果存在一定差异，但总体温度差异控制在安全范围内。通过传感器进行温度反馈控制，有效避免了局部过高温和气化问题，为空间环境下的微藻熟化提供了可靠的技术保障。
由于不同培养时间下的微藻溶液菌种含量不同，所以加热杀菌温度与时间的设定需根据实际情况调整。在本文试验中，微藻溶液的浓度设定为1 mg/mL，采用温度反馈控温方法进行加热杀菌：当传感器温度达到70℃时，微波停止工作；当传感器温度低于65℃时，微波再次启动。如此循环往复，直至完成10 min的加热熟化过程。在地面试验中，分别测试了60~65℃、65~70℃和70~75℃三个温度范围的杀菌效果，微藻在10 min内的升温曲线如图13 所示。微藻的微波加热试验杀菌结果如表4 所示，初始藻液的菌落总数约为106 CFU/mL，60~65℃实验组的菌落总数约为103 CFU/mL，而65~70℃和70~75℃试验组中的菌落总数均未检出，表明杀菌效果显著。
表 4 微藻的微波加热试验杀菌结果Table 4 Sterilization results of microwave heating experiment on microalgae |
| 熟化条件（熟化温度， 加热时间） | 60~65℃， 600 s | 65~70℃， 600 s | 70~75℃， 600 s | |||||||||
| 样本序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 菌落总数/（102 CFU/mL） | 44 | 32 | 54 | 36 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
根据地面试验结果分析，将微藻熟化温度区间设定为65~70℃，加热时间设定为10 min，微藻的加热及杀菌效果可以满足要求。采用上述熟化程序对微藻进行加热熟化试验，对应的微波输入功率如图14 所示。在前150 s内，采用固定程序加热，即0~60 s和90~120 s微波输入，其余时间微波不工作；150~600 s区间内，根据传感器测温反馈控制微波工作时段。在当前工艺参数下，微波输入工作时间约为135 s，使微藻液体在熟化过程中能够充分进行热传导，具有热效率高、稳定性强且能够节省微波能耗。
3.4 微藻样品采集试验
在实验室开展试验装置微藻样品采集模拟试验如图15 所示，通过模拟地面站发送指令，分别采集液态微藻培养反应器和熟化反应器中的微藻液体样品，监控模块控制相应传输管路的泵阀工作，使微藻液体传输至样品采集器中。当微型液泵到达预设的工作时长后，系统自动关闭管路的泵阀，传输立即停止。在传输过程中，可通过流量计实时监测传输溶液的体积。试验结果表明，样品采集器单次工作可采集约15 mL的微藻液体，而采集器最大存储容积为20 mL，从而有效避免了液体溢出的风险。三个样品采集器总共可以采集约45 mL的微藻培养和熟化样品。
4 结 语
本文研究旨在解决未来载人深空探测任务的食品供给来源问题，是空间站深空探测应急保障的重要组成部分，也是环境控制与生命保障系统的有效补充。在地面条件下，本文针对试验全流程的温湿度、力学、材料特性、微生物防控等各项约束条件开展了工程化设计及试验验证，完成了受控空间微藻培养与微藻靶向熟化等关键技术的研究。以地面研究成果为依据，研制了空间微藻培养与熟化试验装置。该装置满足航天基础试验机柜对载荷的各项要求，并已成功开展了在轨试验。通过微藻构建了空间受控生态系统，实现在轨培养；针对受控生态系统产出的微藻，采用靶向微波加热技术进行熟化处理。
本文试验的开展对于我国微藻空间培养技术、靶向微波熟化技术、食品科学和工程技术的有机融合具有重要的推动作用[11]。针对本文试验的研究成果，总结如下并提出展望。
（1）进一步提高装置可靠性设计
本文试验选用了液态微藻作为试验藻种之一开展在轨试验。微藻培养过程会进行光合作用并产生氧气，因此试验涉及微重力环境下的气液交互系统设计，其中包含管路的传输系统设计等。通过进一步提高装置设计的可靠性，优化传输系统设计并确保其安全性，可为空间科学试验开展奠定工程化基础。
（2）开展试验装置模块化设计
中国空间站是一个长期在轨运行的“太空实验室”，具备有人参与和上下行运输等独特优势，为开展长期在轨试验技术研究提供了平台。试验装置可采用模块化设计思路，设计在轨拆卸和安装接口，为复用试验装置持续开展多轮次在轨试验提供技术基础。这将减少飞船上下行携带试验物品的质量，提高在轨装置重复利用率，并延长装置在轨工作时间，从而为天地往返运输降低成本、提高效率。
（3）为后续开展典型水生动植物空间共生与熟化技术试验奠定基础
围绕生物再生式环控与生保系统的构建，基于本文装置开展的各项试验研究基础，将从单一物种微藻向多物种培养体系的在轨培养与熟化技术进行深入探索，持续开展典型动物、植物等生命体在轨共生及熟化试验，为实现“植物-动物-人”的能量空间可再生循环奠定研究基础[12]。