科普載荷項(xiàng)目總指揮、重慶大學(xué)副校長(zhǎng)劉漢龍為你揭秘……為何要在月球栽棉花？為何選土豆不選紅苕……

2019年01月12日，第9天，蛭石，注水后212h

在經(jīng)歷月球高真空、高溫差、強(qiáng)輻射等嚴(yán)峻環(huán)境考驗(yàn)后，人類在月球上種植出了第一株植物嫩芽……為什么選這6種生物？為什么是重慶大學(xué)牽頭承擔(dān)此次試驗(yàn)？

昨天上午，重慶大學(xué)副校長(zhǎng)、科普載荷項(xiàng)目總指揮劉漢龍等專家在嫦娥四號(hào)生物科普試驗(yàn)載荷新聞發(fā)布會(huì)上為你揭秘本次由重慶大學(xué)牽頭的科普載荷為“廣寒宮”帶去6名“神秘旅客”，記者帶你直擊這一傳奇。

試驗(yàn)回顧

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2018年12月8日凌晨，隨嫦娥四號(hào)探測(cè)器從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心出征，由重慶大學(xué)牽頭承擔(dān)研制的生物科普試驗(yàn)載荷項(xiàng)目，也一起奔赴“月宮”，作伴“玉兔”。

此次生物科普試驗(yàn)載荷內(nèi)搭載了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物，它們形成一個(gè)簡(jiǎn)單的微型生態(tài)系統(tǒng)，均放置于密封的生物科普試驗(yàn)載荷罐內(nèi)。地面組裝合蓋過(guò)程中，所有生物裝載操作均在嚴(yán)格無(wú)菌環(huán)境的超凈工作臺(tái)中進(jìn)行，確保全過(guò)程無(wú)生物污染。

生物科普試驗(yàn)載荷罐是一個(gè)高度密封的抗壓容器，在經(jīng)歷發(fā)射和著陸等階段嚴(yán)酷的力學(xué)考驗(yàn)后，生物科普試驗(yàn)載荷于嫦娥四號(hào)登陸月球第一天(2019年1月3日)23：18加電開(kāi)機(jī)并啟動(dòng)主相機(jī)拍照。

1月3日23：48，在地面控制中心發(fā)送放水指令后，植物種子和果蠅蟲(chóng)卵結(jié)束發(fā)射場(chǎng)等待發(fā)射兩個(gè)月以及太空飛行近一個(gè)月的休眠狀態(tài)，進(jìn)入生物月面生長(zhǎng)發(fā)育模式。

1月5日20時(shí)，地面接收數(shù)據(jù)顯示，載荷內(nèi)種子已經(jīng)發(fā)育為胚根——嫩綠的新葉……

1月12日20：03：34，地面發(fā)送了生物科普試驗(yàn)載荷斷電指令，載荷正常關(guān)機(jī)。“從開(kāi)機(jī)至斷電，生物科普試驗(yàn)載荷在軌工作狀態(tài)良好，累計(jì)工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)212.75小時(shí)，主副相機(jī)累計(jì)拍照34次，下傳照片170多張。與整器保持良好的持續(xù)通信狀態(tài)，并實(shí)時(shí)傳回溫度、電壓、氣壓等各項(xiàng)遙測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)照片數(shù)據(jù)和遙測(cè)數(shù)據(jù)分析，設(shè)備內(nèi)部水已完全浸潤(rùn)土壤，溫度、壓力等完全符合生物生長(zhǎng)發(fā)育的要求，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，部分指標(biāo)超過(guò)預(yù)期。”教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心副主任、生物科普試驗(yàn)載荷總設(shè)計(jì)師、重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長(zhǎng)謝更新教授介紹。

揭秘

為什么是這6種生物？經(jīng)過(guò)上百次篩選無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)

世上生物千千萬(wàn)，棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅憑什么就成了“天選之子”？

劉漢龍介紹，載荷內(nèi)搭載的6種生物構(gòu)成一個(gè)含有生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的微型生態(tài)系統(tǒng)。其中，植物生產(chǎn)氧氣和食物，供所有生物“消費(fèi)”；作為消費(fèi)者的果蠅和分解者的酵母，通過(guò)消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，供植物進(jìn)行光合作用。此外，酵母可以通過(guò)分解植物和果蠅廢棄物生長(zhǎng)，又可以作為果蠅的食物。

看似簡(jiǎn)單的6種生物，最終能成為首次登上月球背面的幸運(yùn)兒，經(jīng)歷了上百次物種篩選和無(wú)數(shù)次生物實(shí)驗(yàn)。

重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院太空生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了本次科普載荷生物模塊研制任務(wù)。自接到任務(wù)到生物物種確定直至載荷封裝，課題組歷時(shí)兩年，從云南深山懸崖到新疆沙漠地區(qū)，尋找能夠在極端條件下生存的生物物種，挑選了上百種植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、篩選。

本次搭載的生物物種篩選有著非常嚴(yán)苛的要求。因?yàn)椤肮拮印崩镔Y源有限，要求里面的動(dòng)植物不能占用過(guò)多空間，因此，能登上月球，首要條件就是“個(gè)子小”。其次，由于月球表面低重力、強(qiáng)輻射、高溫差等極端條件限制，因此要求動(dòng)植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。

本次載荷生物種類的篩選，除了實(shí)現(xiàn)在月球表面環(huán)境下植物種子發(fā)芽或幼蟲(chóng)成長(zhǎng)的最低目標(biāo)，更重要的是基于未來(lái)進(jìn)一步開(kāi)展太空生物學(xué)研究的長(zhǎng)遠(yuǎn)考量，而這也是為以后人類進(jìn)入月球乃至地外星球生存提供保障——糧、棉、油是人類賴以生存的最基本需求，馬鈴薯是大家熟悉的食物，很有可能是以后太空的主食；油菜作為重要的油料作物，是太空食物中不可或缺的油料保障；而擬南芥、果蠅、酵母，因其作為全球科學(xué)家研究生物的模式物種，生長(zhǎng)周期短，能夠在短時(shí)間內(nèi)展示完整的生命過(guò)程而得以入選，便于研究生物生長(zhǎng)發(fā)育和代謝規(guī)律。

如何保證生物生存？有光有水有“空調(diào)”

生物們到了月球，首要的問(wèn)題就是生存。對(duì)此，重慶大學(xué)的“智囊團(tuán)”自有妙招——為了給載荷內(nèi)生物營(yíng)造一個(gè)適宜生存的環(huán)境，載荷罐體分別裝置了“空調(diào)系統(tǒng)”、光導(dǎo)管和水倉(cāng)室。罐子的保溫層，能經(jīng)受月表面劇烈溫差的考驗(yàn)；內(nèi)部裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的“空調(diào)系統(tǒng)”，通過(guò)溫度傳感器保證環(huán)境溫度在25攝氏度左右。罐體內(nèi)，植物可通過(guò)載荷頂部蓋板上的光導(dǎo)管吸收月面自然光，進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣。

此外，水倉(cāng)室攜帶了一個(gè)裝有18ml生物專用水的水袋和電磁泵，著陸器落月并加電后，接到地面指令讓電磁泵工作，將水袋中的水通過(guò)水管釋放到生物艙表面，為生物生長(zhǎng)提供水分。

為進(jìn)一步凸顯本次生物科普試驗(yàn)載荷的科研和科普價(jià)值，生物科普試驗(yàn)載荷項(xiàng)目組同時(shí)在重慶大學(xué)開(kāi)展了地、月對(duì)比實(shí)驗(yàn)，同一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)(密閉空間)在地球、月球不同條件下以及在地面自然條件下(開(kāi)放空間)的生長(zhǎng)發(fā)育情況對(duì)比。

生物科普試驗(yàn)載荷負(fù)責(zé)生物模塊的團(tuán)隊(duì)成員介紹，對(duì)照試驗(yàn)分為封閉環(huán)境1：1對(duì)照和開(kāi)放環(huán)境下的對(duì)照試驗(yàn)。

1月3日晚23：50，地面試驗(yàn)載荷與月表載荷同步注水，對(duì)照試驗(yàn)正式開(kāi)始。整個(gè)地面對(duì)照試驗(yàn)全程以在軌工作的生物科普試驗(yàn)載荷傳回的溫度作為參考，地面對(duì)照通過(guò)控溫，與在軌工作溫度保持一致。

截至1月12日，地面對(duì)照試驗(yàn)罐體內(nèi)已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)棉花、油菜種子萌發(fā)，且長(zhǎng)勢(shì)良好，可觀察到嫩綠的子葉。開(kāi)放環(huán)境下，可見(jiàn)油菜、棉花和馬鈴薯種子萌芽，幼苗呈茂盛生長(zhǎng)趨勢(shì)。

為什么是重慶大學(xué)？

從257份作品中脫穎而出

本次試驗(yàn)是嫦娥四號(hào)任務(wù)中，唯一一個(gè)由教育部高校研制、第一個(gè)登上月球系統(tǒng)級(jí)的航天器并著陸月球背面的科普載荷。人類歷史上的首次探索，憑什么是重慶大學(xué)牽頭？

2015年，國(guó)家航天局、教育部、中科院、中國(guó)科協(xié)和團(tuán)中央共同發(fā)起征集嫦娥四號(hào)科普試驗(yàn)生物科普試驗(yàn)載荷。重慶大學(xué)“生物科普試驗(yàn)載荷項(xiàng)目”在257份作品中脫穎而出，并于2016年底被最終確定為搭載項(xiàng)目之一。

劉漢龍說(shuō)，重慶大學(xué)在機(jī)械、動(dòng)力、能源、采礦、材料方面有非常強(qiáng)的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，在全球ESI工科方面進(jìn)入千分之一。這次科普載荷試驗(yàn)研究許多設(shè)備的研制，包括環(huán)境的設(shè)置，都是重大的強(qiáng)項(xiàng)。

在項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)科普載荷進(jìn)行多個(gè)技術(shù)難點(diǎn)的攻關(guān)：為確保科普載荷在軌工作安全，罐體結(jié)構(gòu)件全部由高性能鋁合金加工，且進(jìn)行了防腐處理，并通過(guò)分析、試驗(yàn)的形式進(jìn)行了多方面驗(yàn)證；針對(duì)長(zhǎng)期零下57℃低溫微弱漏氣現(xiàn)象，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、密封材料性能優(yōu)化等多種方法予以解決；為了使科普載荷能夠在零下60℃到80℃的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的適宜生物生存的溫度，通過(guò)20多次的熱方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化，最終確定了由半導(dǎo)體制冷器、電加熱器、散熱片及隔熱措施相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)科普載荷內(nèi)部智能化溫度控制。

“將來(lái)我們也會(huì)融合，很多技術(shù)也在轉(zhuǎn)化。導(dǎo)光管的技術(shù)可以考慮利用到地下車庫(kù)，我們現(xiàn)在用的是電燈，以后就可以用自然光。保溫系統(tǒng)的很多技術(shù)，也可以在深海作業(yè)中推廣應(yīng)用。這里面有一系列的核心技術(shù)，我們主要是圍繞科普這么一個(gè)目標(biāo)，研發(fā)出一整套的系統(tǒng)。”劉漢龍說(shuō)。重慶晨報(bào)·上游新聞?dòng)浾?楊辛玥 秦健

網(wǎng)友熱議

種棉花是怕月球冷嗎？

被發(fā)現(xiàn)了：月面發(fā)芽的第一棵地球生物是棉花，是怕月宮冷嗎？

心尖愛(ài)人：誰(shuí)也無(wú)法阻擋中國(guó)人種菜的熱情。

伴你左右：到時(shí)候土豆長(zhǎng)得比桂花樹(shù)還高！

趙信：科幻電影即將成為現(xiàn)實(shí)。

楊辛玥

[責(zé)任編輯：楊凡、彭芳]

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