那时，神舟五号载人航天飞船已经成功升空，中国已掌握载人航天技术，“嫦娥一号”也开始筹备。刘红回忆，当时国际科学界已有讨论，未来太空站补给的最佳方式并非从地球输送，势必要开始地外生存保障技术的研究。

　　最早的地外生存系统是前苏联在1972年提出的。这个叫做Bios-3的系统较简单，只有人与植物两个生物链环，水和大部分营养物质都由舱外提供，舱内植物仅负责制造氧气和一部分食物。1973年，Bios-3首次完成了2～3人、连续180天的实验，证实了这个理论：如果能够按照生态系统的原理定量计算和设计，能够实现物质循环的人造生态系统。

　　世界各国先后加入了这一领域的研究。美国建立了由人-植物两环构成的“受控生态生命保障系统(CELSS)”，并完成了4人90天的密闭实验；欧洲太空局于1989年启动了“微生态生命保障系统研究计划”，在系统中引入多种微生物，负责将人类排泄物层层分解为可供植物生长的二氧化碳、富氮培养基、氧气和水等物质，但该系统至今没有获得成功；日本的方案特点是引入了大型动物山羊，一方面生产羊奶为人类提供蛋白质，另一方面消耗系统内作物产生的枯叶和秸秆。2005年9月，这个系统进行了3次为期一周的联合实验，但没有再进行更长时间的实验。“大型动物在我们的方案中是最早被放弃的。”刘红说。因为把它们养大，然后杀掉吃了，“会对人的心理造成巨大的冲击”，实验空间和资源的有限性也限制了大型动物的可能。

　　相比之下，“月宫一号”结构最复杂。它首次同时引入了动物和微生物，组成了由“人-植物-动物-微生物”四生物链环构成的人工生态系统。

　　“为什么要引进动物？主要为了让人有动物蛋白的摄入。”刘红解释说，“引入微生物处理固体和液体废物，从而维持系统更稳定地运行，对地球的依赖更小。”

　　筛选可供加入外太空生态系统的动物，几乎是一个“人造”进化工程。排除大型动物后，项目团队考虑过鱼类，但这意味着要引入一套复杂的水生生态系统，且鱼骨不便降解回收、进入再循环，也被否定。最后确定了这个系统的“动物准入标准”：不能使人类产生食用心理障碍，不能与人争夺食物，应以人不食用的植物废物为食，在提供动物蛋白的同时还能处理人类不食用的植物秸秆等。

　　他们锁定的是一种没人想到的动物：黄粉虫。

　　进入这个系统的植物与微生物的标准也与此类似。植物应能提供食物、氧气和水，培育过程不宜过于复杂；微生物则需兼具促进植物生长、废物降解等多项功能。

　　2014年，这个由1种动物、21种植物、多种微生物和3个人组成的系统构建成了1.0版的“月宫一号”：其中有一间供人类活动的综合舱，一间供植物生长的植物舱，人、动物以及废物处理过程中产生的富二氧化碳空气被送至植物舱，供植物光合作用；植物通过光合作用产生富氧空气，净化后供人、动物和微生物呼吸；植物蒸腾作用产生的水蒸气，经过冷凝、净化，一部分供给人满足人的生活所需，其余与净化后的生活废水和尿液一起，回灌于植物栽培，植物成熟后，经加工成为人类的食物；系统内的空气和水，都由电力驱动完成循环。

　　3名北航学生和教师志愿者，完成了105天的全密闭实验，这是中国首次长期多人高闭合度集成实验。刘红还记得，当时舱内种植的水果只有草莓，约一周收获一次。志愿者们十分珍视，每次收获后必把一整盘草莓摆在餐桌正中央，十分隆重。

　　这次实验验证了这套中国自主研制的生态系统的闭合度和有效性——氧气和水100%循环再生，食物循环再生达到55%，整个系统闭合度达到97%。

　　2016年，“月宫一号”的技术和设备升级到2.0版，且新增了一个植物舱，植物种植面积达到120平方米，种类增加至35种，以便提供更多样的食物。

　　但最重要的，还是人。在这个实验系统中，人不只是系统维持生命的目标，同时主导系统的运转和几十项实验的开展，由于长期与外界隔离，还需要顽强的忍耐力和意志力。因此，实验志愿者的筛选也很严格。刘红介绍说，志愿者首先要具备“月宫一号”团队的六有精神(梦想，热情，豪情，勇气，干劲和担当)，其次是良好的健康状况，不仅身高、体重、血压、血脂、代谢水平都要经过详细测量，还要经过心理测试，之后还有为期15天的密闭预实验。