新華社重慶6月15日電(記者谷訓(xùn))2015年的美國(guó)科幻電影《火星救援》中，宇航員沃特尼為了生存而在火星上種植土豆。同年，由中國(guó)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“月面微型生態(tài)圈”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)始研發(fā)。
資料圖：嫦娥三號(hào)著陸器拍攝的月球影像圖。2018年，這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將搭乘“嫦娥四號(hào)”月球探測(cè)器，到月球表面種植土豆、養(yǎng)蠶寶寶。科幻電影里的場(chǎng)景有望在中國(guó)科學(xué)家手中變成現(xiàn)實(shí)，并向全人類直播。
在2017年全球航天探索大會(huì)上，我國(guó)多項(xiàng)即將執(zhí)行的深空探測(cè)任務(wù)首度公開(kāi)，其中就包括嫦娥四號(hào)的“乘客”之一——科普載荷“月面微型生態(tài)圈”。這將成為人類首次在月球表面進(jìn)行的生物實(shí)驗(yàn)，為人類未來(lái)在地外星球生存進(jìn)行重要探索。
小罐子里有乾坤
“月面微型生態(tài)圈”看起來(lái)像奶粉罐，是一個(gè)高18厘米、直徑16厘米的圓柱體，由特殊鋁合金材料制成，有40多個(gè)主要零部件。
別看它總重量?jī)H3公斤，凈容積約0.8升，內(nèi)部卻大有乾坤。里面將放置馬鈴薯種子、擬南芥種子、蠶卵、土壤、水、空氣，以及制冷片、加熱片、微型照相機(jī)和信息傳輸系統(tǒng)等科研設(shè)備。
“作為航天器有效載荷，‘月面微型生態(tài)圈’必須嚴(yán)格控制重量，所有實(shí)驗(yàn)品、元器件都以克來(lái)計(jì)算。”“月面微型生態(tài)圈”總設(shè)計(jì)師，教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心副主任謝更新說(shuō)，僅微型照相機(jī)的造價(jià)就達(dá)60萬(wàn)元。
當(dāng)這個(gè)小罐子搭乘“嫦娥四號(hào)”登陸月球后，科學(xué)家預(yù)制在這個(gè)小空間里的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)將開(kāi)始工作，創(chuàng)造出一個(gè)動(dòng)植物生長(zhǎng)所需的環(huán)境。在真空、微重力、強(qiáng)輻射、極端溫差的外界條件下，“月面微型生態(tài)圈”內(nèi)將保持1至30攝氏度，以及適當(dāng)?shù)臐穸龋⑼ㄟ^(guò)光導(dǎo)管引進(jìn)月球表面自然光線。
植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生碳水化合物和氧氣，供蠶“消費(fèi)”；蠶的生長(zhǎng)過(guò)程則產(chǎn)生出植物所需的二氧化碳和糞便等養(yǎng)料。在“月面微型生態(tài)圈”登月的100天里，它將實(shí)現(xiàn)微型生態(tài)循環(huán)。
此次月面生物實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，是在月球表面實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物的一個(gè)生命周期。兩種植物將生根發(fā)芽，開(kāi)出月球表面第一朵花。蠶卵則將完成蟲(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。
跨學(xué)科攻關(guān)兩年
月球表面第一次開(kāi)花、第一次破繭成蝶能否成功？謝更新表示，雖然困難重重，但科研團(tuán)隊(duì)信心十足。在生物、環(huán)境、材料、能源、光學(xué)、通信等多學(xué)科專家的共同努力下，經(jīng)過(guò)兩年攻關(guān)，技術(shù)難點(diǎn)逐一取得突破。
在實(shí)驗(yàn)物種的選擇上，科學(xué)家選定了馬鈴薯、擬南芥和蠶。這些動(dòng)植物的生長(zhǎng)周期與“月面微型生態(tài)圈”100天的實(shí)驗(yàn)期限較為匹配。再通過(guò)生物學(xué)家的實(shí)驗(yàn)控制，它們?cè)谠旅嫱瓿缮芷诰邆淞烁蟮目赡苄浴Ｍ瑫r(shí)，馬鈴薯還可作為人類太空生存食物來(lái)源，實(shí)驗(yàn)價(jià)值重大，也是其入選的重要原因。
與去年NASA空間站開(kāi)出的外太空第一朵花不同，本次“月面微型生態(tài)圈”實(shí)驗(yàn)位置距離地球38萬(wàn)公里，比離地300多公里的國(guó)際空間站遙遠(yuǎn)得多，所處月面環(huán)境也比國(guó)際空間站內(nèi)部復(fù)雜得多。
因此，復(fù)雜月面環(huán)境下的溫度控制和能源供給，也是關(guān)乎成敗的最主要技術(shù)難點(diǎn)。教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心主任設(shè)計(jì)師張?jiān)獎(jiǎng)捉榻B，溫控方面，通過(guò)外部保溫層和內(nèi)置空調(diào)來(lái)保障；能源方面，白天利用嫦娥四號(hào)太陽(yáng)能電池板整體供電，夜晚通過(guò)高能量密度的內(nèi)置電池供電，以保障空調(diào)、照相機(jī)和信息傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行。
或?qū)⒖吹健版隙稹钡膭?chuàng)舉
“月面微型生態(tài)圈”微型照相機(jī)每?jī)尚r(shí)拍一次照，信息傳輸系統(tǒng)把影像和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳回地球，科學(xué)家們將據(jù)此分析動(dòng)植物生長(zhǎng)情況。屆時(shí)，全球公眾也能通過(guò)直播信號(hào)，看到這項(xiàng)月球表面的人類創(chuàng)舉。
謝更新表示，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)極具突破性，如果試驗(yàn)成功，它將為人類開(kāi)展地外星球生存提供重要的科學(xué)依據(jù)。“把‘月面微型生態(tài)圈’放得無(wú)限大，理論上講，人類也就可以在月球居住了。”
與此同時(shí)，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也將起到廣泛而重要的科普作用。“月面微型生態(tài)圈”總指揮，重慶大學(xué)副校長(zhǎng)劉漢龍表示，希望通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目激發(fā)人類探索宇宙的熱情，增強(qiáng)保護(hù)地球環(huán)境的意識(shí)，同時(shí)傳播不懈努力、破繭成蝶的中華文化內(nèi)涵，激發(fā)中國(guó)人民的民族自豪感和愛(ài)國(guó)熱情。