嫦娥四號(hào)科普載荷實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)箱。

受訪者供圖

第二看臺(tái)

在月球表面開(kāi)出第一朵花，人類(lèi)移居月球也許不是夢(mèng)。由教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心組織，重慶大學(xué)牽頭的科普載荷“月面微型生態(tài)圈”，將作為嫦娥四號(hào)的“乘客”之一，于2018年登陸月球表面，進(jìn)行人類(lèi)首次月面生物實(shí)驗(yàn)，屆時(shí)將向全球進(jìn)行直播。

僅重3公斤的“乾坤”罐

“月面微型生態(tài)圈”是一個(gè)由特殊鋁合金材料制成的圓柱形“罐子”，高18厘米，直徑16厘米，凈容積約0.8升，總重量3公斤。罐子雖然不大，內(nèi)部可含有“整個(gè)世界”。

深空探測(cè)中心副主任、重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長(zhǎng)謝更新教授介紹，這個(gè)搭載嫦娥四號(hào)上月球的“罐子”里，將放土豆和擬南芥兩種植物的種子和蠶卵，以及土壤、養(yǎng)分、空氣等動(dòng)植物生長(zhǎng)需要的元素，還有記錄動(dòng)植物生長(zhǎng)的微型攝像機(jī)和照相機(jī)、調(diào)節(jié)溫度的空調(diào)、提供能源的電池等。

在罐子里，土豆和擬南芥會(huì)通過(guò)光導(dǎo)管吸收月球表面的自然光進(jìn)行光合作用，釋放氧氣供生態(tài)圈里的“消費(fèi)者”——蠶卵，然后蠶卵排出二氧化碳和生活垃圾提供給植物種子，循環(huán)往復(fù)，小生態(tài)圈就初現(xiàn)形態(tài)了。

雖然這個(gè)小小的罐子僅重3公斤，但是它里面的零部件達(dá)40個(gè)，成本造價(jià)在千萬(wàn)元以上。聚集了機(jī)械、控制、環(huán)境、生物、材料、能源、光學(xué)、通信等多學(xué)科交叉的研發(fā)團(tuán)隊(duì)的智慧，獨(dú)創(chuàng)了多種新技術(shù)。

上千次篩選出的三位“乘客”

去年，美國(guó)宇航員斯科特·凱利在NASA空間站中培育出了一朵百日菊，成為第一株在外太空開(kāi)放的花朵。這次我國(guó)帶上月球開(kāi)的花將是土豆花或擬南芥花。為什么會(huì)選擇土豆、擬南芥、蠶這三位地球“乘客”到月球呢？

“這是我們經(jīng)過(guò)上千次篩選的結(jié)果。”謝更新解釋?zhuān)驗(yàn)椤肮拮印崩镔Y源有限，就要求里面的動(dòng)植物不能占用過(guò)多空間。哪些動(dòng)植物能登上月球，首要條件就是“個(gè)子小”。其次，由于月球上沒(méi)有大氣傳遞熱量，晝夜溫差大，在太空艙內(nèi)溫度控制在30℃到-60℃，“罐子”內(nèi)溫度控制在最低-10℃，因此要求動(dòng)植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。

謝更新說(shuō)，土豆是大家熟悉的食物，很有可能是以后太空的主食。這次選擇的土豆是特別培育的“小個(gè)子”品種。擬南芥開(kāi)花周期短，從發(fā)芽到開(kāi)花只需1個(gè)月，是很好的實(shí)驗(yàn)用模式植物，因此把承擔(dān)在月球開(kāi)出第一朵花的任務(wù)交給了它。

蠶卵將在生態(tài)圈中完成蟲(chóng)卵孵化、幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育和破繭成蝶的完整生命周期。選擇蠶，有一個(gè)重要原因是因?yàn)樗休d了中國(guó)的傳統(tǒng)文化。

驗(yàn)證月球上的光合作用

“這次實(shí)驗(yàn)主要是想觀察月球上的光合作用，并向人們進(jìn)行科普。”謝更新介紹，通過(guò)“月面微型生態(tài)圈”觀察低重力、強(qiáng)輻射條件下植物的種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)和開(kāi)花的全過(guò)程，或蟲(chóng)卵孵化、幼蟲(chóng)成長(zhǎng)發(fā)育、破繭成蝶，驗(yàn)證月球環(huán)境下種子的呼吸作用和植物的光合作用。

與地球不同的是，月球自轉(zhuǎn)一周需要28天。月球上的一個(gè)白天相當(dāng)于地球的14天，屆時(shí)這些動(dòng)植物將在月球上連續(xù)度過(guò)14個(gè)白天再進(jìn)入14個(gè)黑夜。

“我們會(huì)通過(guò)光導(dǎo)管引進(jìn)月球表面自然光線，實(shí)現(xiàn)月面原位資源利用，讓動(dòng)植物完全接受月球的光照環(huán)境。”謝更新稱(chēng)，之前也考慮過(guò)用人工光線模擬地球上的光照環(huán)境，但利用月面自身光照對(duì)實(shí)驗(yàn)的意義更大。如果動(dòng)植物能夠適應(yīng)月球光照進(jìn)行生長(zhǎng)，那么以后人類(lèi)就可以在月球建設(shè)基地，開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間的科研工作，對(duì)人類(lèi)未來(lái)在地外星球生存具有重大意義。

謝更新稱(chēng)，“罐子”里的溫度會(huì)保持在-10℃至30℃之間，土豆、擬南芥和蠶將在里面實(shí)現(xiàn)微型生態(tài)循環(huán)。謝更新說(shuō)，他們預(yù)計(jì)的時(shí)間為3個(gè)28天，希望能夠在月球順利開(kāi)出第一朵花。

技術(shù)難點(diǎn)在于溫度控制

此次嫦娥四號(hào)所抵達(dá)的月球背面距地球38萬(wàn)公里。月球環(huán)境真空，白天溫度能達(dá)到100多攝氏度，夜晚零下100多攝氏度，加上微重力、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、高能粒子沖擊等，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)不小的困難。

“科普載荷月面微生態(tài)圈的難點(diǎn)在于溫度的控制和能源的供給。”謝更新介紹，因?yàn)樘张摬粫?huì)給“罐子”供電，因此他們需要自己解決能源問(wèn)題。為了讓“罐子”里溫度恒定，他們給“月面微生態(tài)圈”穿上保溫服并裝了空調(diào)。但這個(gè)空調(diào)不是普通的空調(diào)，是應(yīng)用重慶大學(xué)在建筑溫控上的優(yōu)勢(shì)研制出的新型空調(diào)。利用太陽(yáng)能電池就能進(jìn)行溫度控制，保證微型生態(tài)圈以及照相機(jī)等一些耗電器材的工作。

謝更新介紹，從發(fā)射準(zhǔn)備到飛行登月，中間大約會(huì)有兩個(gè)月時(shí)間。為了讓動(dòng)植物不在途中就開(kāi)始生長(zhǎng)，他們進(jìn)行了大量相關(guān)試驗(yàn)，以保證動(dòng)植物在旅途中沉睡，到達(dá)月球后再被喚醒。他說(shuō)，發(fā)射后不能人為遙控操作，只能通過(guò)攝像頭和傳感器進(jìn)行觀測(cè)。屆時(shí)，他們將通過(guò)視頻觀測(cè)動(dòng)植物的生長(zhǎng)過(guò)程，用傳感器檢測(cè)里面的溫度，向全球直播。

據(jù)了解，這個(gè)科普載荷已歷時(shí)兩年多實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在今年9月完成正式品，明年年底發(fā)射。除重慶大學(xué)外，湖南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)等高校和企業(yè)也參與其中，涉及機(jī)械、控制、環(huán)境、生物、光學(xué)、能源等多學(xué)科交叉的多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，其中多項(xiàng)技術(shù)今后將用于民用。

[責(zé)任編輯：楊凡、蘇琛]

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