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张幂:厉害了 — “种菜狂魔”中国人在月球上种出了绿芽

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发表于 2019-1-16 10:59:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
  在地球之外的星球种菜将不再是梦想了。素有“种菜狂魔”的中国人在月球上创造了奇迹。

  1月15日,嫦娥四号上搭载的生物科普试验载荷发布了最新试验照片,照片显示试验搭载的棉花种子已经长出了嫩芽,这也标志着嫦娥四号完成了人类在月面进行的首次生物实验。最新传回的图片显示,棉花的嫩芽长势良好,这是在经历月球低重力、强辐射、高温差等严峻环境考验后,在月球上长出的第一株植物嫩芽,实现了人类首次月面的生物生长培育实验。后续,这株成功培育出的植物嫩芽还将继续生长,有望成为月球上的第一片绿叶。

  据报道,经受月球上严酷力学考验的科普载荷已于1月3日23时18分加电开机,当天23时48分浇水,23时55分传回第一张照片。目前科普载荷上的主副相机已从太空传回10余张照片。主相机传回的照片显示科普载荷所有结构在经历发射、飞行、着陆等考验后,密封正常;副相机传回的照片显示放水成功,温控正常。

  1月5日20:00,地面接收数据显示载荷内种子已经发育为胚根。1月12日20:03:34,地面发送了生物科普试验载荷断电指令,载荷正常关机。从开机至断电生物科普试验载荷在轨工作状态良好。累计工作时间长达212.75小时。主副相机累计拍照34次,下传照片170多幅。与整器保持良好的持续通信状态并实时传回温度、电压、气压等各项遥测数据。

  教育部深空探测联合研究中心副主任、生物科普试验载荷总设计师、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授介绍:通过照片数据和遥测数据分析,设备内部水已完全浸润土壤,温度、压力等完全符合生物生长发育的要求,达到设计指标,部分指标超过预期。

  据介绍,生物科普试验载荷在月面注水进行发芽和生长实验以后,经过9天时间进入月夜期。目前,生物科普试验载荷已进入断电状态,载荷内部在月夜温度零下52℃的情况下,所携带的六种生物将结束本次科普试验使命,处于冷冻状态。待下一个月昼期温度上升后,在全封闭状态的生物科普试验载荷罐中,六种生物将被慢慢分解成无害的有机物,并将被永久封存在生物科普试验载荷内部。也就意味着不会出现外来物种入侵月球。

  内含“乾坤”的罐子

  “生物试验科普载荷”是一个由特殊铝合金材料制成的圆柱形“罐子”,高18厘米,直径16厘米,净容积约0.8升,总重量3公斤。罐子虽然不大,但是内含乾坤,里面装了一个“世界”。

  深空探测中心副主任、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授介绍,这个搭载嫦娥四号上月球的“罐子”里,将放土豆和拟南芥两种植物的种子和蚕卵,以及土壤、养分、空气等动植物生长需要的元素,还有记录动植物生长的微型摄像机和照相机、调节温度的空调、提供能源的电池等。在罐子里,土豆和拟南芥会通过光导管吸收月球表面的自然光进行光合作用,释放氧气供生态圈里的“消费者”——蚕卵,然后蚕卵排出二氧化碳和生活垃圾提供给植物种子,循环往复,小生态圈就初现形态了。虽然这个小小的罐子仅重3公斤,但是它里面的零部件达40个,成本造价在千万元以上。聚集了机械、控制、环境、生物、材料、能源、光学、通信等多学科交叉的研发团队的智慧,独创了多种新技术。

  “小个子”承担的大任务

  “生物试验科普载荷”总设计师、深空中心副主任、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授解释道:“这是经过上千次筛选的结果。首先从生物自身的条件,选择的植物和生物要‘个子小’,相对能耐高温和低温,能抗辐射和抗干扰,生长周期也不能很长。这次选择的土豆是特别培育的‘小个子’品种。拟南芥开花周期短,从发芽到开花只需1个月,是很好的实验用模式植物,因此把承担在月球开出第一朵花的任务交给了它。另外,选择马铃薯也是为人类下一步的太空生存提供支持,目前国际上很多国家和研究机构都将马铃薯作为人类在太空生存的主要食物。而蚕宝宝比较可爱,生长周期中也有破茧成蝶这一步骤,有比较好的寓意,象征着中国在空间探索的进步创新。”

  “这次实验主要是想观察月球上的光合作用,并向人们进行科普。”谢更新介绍,通过“月面微型生态圈”观察低重力、强辐射条件下植物的种子发芽、幼苗生长和开花的全过程,或虫卵孵化、幼虫成长发育、破茧成蝶,验证月球环境下种子的呼吸作用和植物的光合作用。与地球不同的是,月球自转一周需要28天。月球上的一个白天相当于地球的14天,届时这些动植物将在月球上连续度过14个白天再进入14个黑夜。据报道试验预定将于果蝇幼虫出生,马铃薯、拟南芥发芽开花后宣告结束。这一过程将会持续约三个月。

  “我们会通过光导管引进月球表面自然光线,实现月面原位资源利用,让动植物完全接受月球的光照环境。”谢更新称,之前也考虑过用人工光线模拟地球上的光照环境,但利用月面自身光照对实验的意义更大。如果动植物能够适应月球光照进行生长,那么以后人类就可以在月球建设基地,开展长时间的科研工作,对人类未来在地外星球生存具有重大意义。谢更新称,“罐子”里的温度会保持在-10℃至30℃之间,土豆、拟南芥和蚕将在里面实现微型生态循环。谢更新说,他们预计的时间为3个28天,希望能够在月球顺利开出第一朵花。

  此次嫦娥四号所抵达的月球背面距地球38万公里,月球表面没有大气层,处于真空状态,白天最高温度能达到100多摄氏度,夜晚能低到零下100多摄氏度,加上太阳辐射强、高能粒子冲击、微重力等,给实验带来了不小的困难。

  “这个实验项目有两大难题,一是温度控制,不能过高或过低,必须做足保温措施;二是能源难题,罐子需要电,在白天电池会通过总体太阳能电板自身提供,但晚上因为没有阳光,就需要自身携带的电池供给晚上的电量需求。”深空中心设计师、重庆大学博士张元勋介绍介绍说。

  温控方面,研究人员给“生物试验科普载荷”穿上了保温服并装了空调。但这个空调不是普通的空调,是应用重庆大学在建筑温控上的优势研制出的新型空调。能源方面,利用嫦娥四号太阳能电池板整体供电,夜晚通过高能量密度的内置电池供电,保证微型生态圈以及照相机等一些耗电器材的工作。

  除了前面两大难题,在实验过程中面临的另一个难题是固定种子和蚕卵,使其在发射过程中不会因为超重等压力而散落。谢更新表示,在容器的设计和重量上都经过反复计算,比如由于土壤太重、利用效率不高而选择了营养液,种子和蚕宝宝也通过技术实现了超重情况下的固定。

  “生物试验科普载荷”的成果可以为今后建立月球生态基地积累技术和经验。并将激发中国国民众的民族自豪感和爱国热情,提高环境保护意识和探索宇宙的热情,并大大提升我国在深空探测的影响力。

  “月面第一朵花”领跑全球

  太空生命科学研究一直是航天研究的热门领域。20世纪40年代,美国将玉米种子发射升空并成功回收。2016年,美国宇航员在NASA空间站培育了一朵百日菊,被媒体称为在外太空开放的第一朵花。

  但与去年NASA空间站开出的外太空第一朵花不同,“生物试验科普载荷”实验在全世界都处于领先地位。“我们这次的实验位置距离地球38万公里,与离地300多公里的国际空间站相比要远得多。”谢更新信心满满地说,“我们国家的这次探索是人类首次月面生物实验,与美国、俄罗斯等国家相比,都是领先的。这次探索也将证明,在国际上众多国家中,我们国家的空间探索正在由之前的跟随转换为领先、领跑的阶段。”

  为了最终实现这个项目,重庆大学航空航天学科的实力和投入发挥了重要作用。成立于2009年11月的深空中心是教育部依托大学建设的组织、协调高校开展深空探测领域相关科学研究及工程研发的实体机构。2013年7月,依托建设单位由湖南大学变更为重庆大学。同年12月,为了适应国家和西南地区航空航天事业的发展需求,重庆大学充分发挥工程学科的优势,以力学学科为基础正式成立了航空航天学院。

  重庆大学航空航天学科积极与学校其他雄厚实力的学科如机械、材料、动力、电气、电子、土木、资源环境、生物工程等进行交叉融合,同时也注重与国内其他知名高校和企业的密切合作。在“生物试验科普载荷”项目历时两年多的实验中,除了牵头的重庆大学外,湖南大学、北京航空航天大学、中国航天科技集团等高校和企业也参与其中,涉及机械、控制、环境、生物、光学、能源等多学科交叉的多个研发团队。团队核心的工作人员有20多个。

  谢更新自豪地表示,“生物试验科普载荷”完全由中国自己设计,是自己的技术。这个成果是人类的成果,实验的数据和成果也将向全世界公开。如果实验成功,它将为人类开展外星球生存提供技术保障和奠定基础。如果这些植物和动物能在月球茁壮生长,就将蕴含令人兴奋的重大意义——使人类向在火星等星球上建立太空“定居点”的使命又迈出一步。值得一提的是2019年是重庆大学90年华诞,这一株来自月球的新芽是给重大90年华诞最有意义的礼物。

  中国国家航天局宣布,嫦娥五号任务后,中国探月工程还将完成三项任务:嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号,将在月球南极进行采样返回和综合探测等实验。探月工程后续还将论证建立月球科研基地。

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