“月面”第一片綠葉是這樣長(zhǎng)出的

總設(shè)計(jì)師是湖南人

2019年1月3日10時(shí)26分，“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器成功著落在月球背面，中國(guó)由此成為世界上第一個(gè)登陸月球背面的國(guó)家。據(jù)悉，此次月球登陸任務(wù)是人類首次在月球表面開展生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。1月15日，重慶大學(xué)宣布，隨“嫦娥四號(hào)”登陸月球背面的生物科普試驗(yàn)載荷（以下簡(jiǎn)稱科普載荷）中，棉花種子成功發(fā)芽。

生物實(shí)驗(yàn)在一個(gè)重3公斤的“罐子”里進(jìn)行。這個(gè)“罐子”叫科普載荷，由重慶大學(xué)牽頭研制，2016年底被最終確定為此次搭載項(xiàng)目之一?？破蛰d荷里有個(gè)“月面微型生態(tài)圈”，放有6名“神秘旅客”，即馬鈴薯、油菜、棉花、擬南芥、果蠅、酵母。這個(gè)“月面微型生態(tài)圈”的總設(shè)計(jì)師是——教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心副主任、重慶大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院院長(zhǎng)謝更新教授。

謝更新是湖南隆回巖口鎮(zhèn)人，在湖南大學(xué)完成本科、碩士、博士學(xué)習(xí)，之后到美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校做博士后研究。“在之前的學(xué)術(shù)生涯中，一直以來(lái)都是內(nèi)心的科研追求在鼓舞著我?！敝x更新說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)面臨五大困難

在月球上進(jìn)行生物生長(zhǎng)試驗(yàn)，這是人類首次。面臨諸多困難。謝更新介紹說(shuō)主要有：一是從地球到月球有極大的重力變化。月球上的重力只有地球重力的1/6，在發(fā)射、著陸等過(guò)程中，會(huì)給科普載荷帶來(lái)嚴(yán)峻的力學(xué)考驗(yàn);二是月球的晝夜間有300多度的溫差，如何控制科普載荷里的溫度;三是科普載荷需在西昌發(fā)射場(chǎng)先靜置2個(gè)月，還要在太空飛行一個(gè)月左右時(shí)間，但必須在著陸月球后才能放水進(jìn)行試驗(yàn);四是對(duì)登月生物物種的選擇和搭配;五是如何運(yùn)用月球上的光，進(jìn)行光合作用。

歷經(jīng)50余次優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了解決這些難題，營(yíng)造生物在月球上的“家”——也就是大家現(xiàn)在看到的科普載荷非常重要。這個(gè)小小的科普載荷，謝更新團(tuán)隊(duì)前后經(jīng)歷了一年多的設(shè)計(jì)，50余次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

首先他們采用鋁合金材料整體成型的方式制作這個(gè)科普載荷，保證其高密封性和高強(qiáng)度?？破蛰d荷包括光導(dǎo)管、水倉(cāng)室、相機(jī)、散熱片和控制系統(tǒng)等，可以為生物生長(zhǎng)提供光、熱、水和土壤等必要條件，算上螺絲釘、導(dǎo)線等，有100多個(gè)部件。

在溫控方面，他們給科普載荷“穿”上了保溫材料做的“保暖衣”，內(nèi)部裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的散熱片做成的“空調(diào)”，使其能在月球表面劇烈溫差的環(huán)境下，溫度保持在15℃至35℃。在光合作用方面，他們?cè)诳破蛰d荷頂部蓋板上開了一個(gè)孔，安裝光導(dǎo)管以讓生物吸收月面太陽(yáng)自然光，這也是難度非常大的。

就控制放水的問(wèn)題，他們?cè)谒畟}(cāng)室安裝了電磁泵，解決1/6低重力條件下放不出水的難題，待著陸器登月并加電后，通過(guò)智能控制系統(tǒng)讓電磁泵在合適植物生長(zhǎng)的情況下加壓放水。

挑選了上百種植物

科普載荷里面的生物空間不足1升，容量和資源非常有限，因此對(duì)生物種類的篩選非常重要。篩選本次搭載的生物物種首要條件就是“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，還要求動(dòng)植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。所以團(tuán)隊(duì)從云南深山到新疆沙漠地區(qū)，到處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。在選擇的過(guò)程中，他們還曾考慮過(guò)烏龜、蜜蜂、蚯蚓等物種，后來(lái)因?yàn)楹难趿勘容^大等原因放棄了。

最終他們從糧、棉、油等人類賴以生存的最基本需求方向出發(fā)，選擇了馬鈴薯、棉花、油菜等種子。擬南芥、果蠅、酵母是全球科學(xué)家研究生物的模式物種，它們因生長(zhǎng)周期短，能夠在短時(shí)間內(nèi)展示完整的生命過(guò)程而入選。

這6位“神秘旅客”，分別扮演著生產(chǎn)者、分解者、消費(fèi)者的角色，從而形成一個(gè)簡(jiǎn)單的微型生態(tài)系統(tǒng)。

種子在月球上發(fā)芽，無(wú)疑是在月球上進(jìn)行生物生長(zhǎng)試驗(yàn)的標(biāo)志性事件。因?yàn)椴磺宄虑虮砻娴木唧w溫度變化，所以從生物的多樣性上考慮，他們選擇低溫和高溫發(fā)芽的物種都試一試。

通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，科普載荷罐體內(nèi)開機(jī)后，維持了五六天的30℃，因此此次發(fā)芽的是適合高溫發(fā)芽的低酚棉種子。它成功地完成了在月球發(fā)芽的任務(wù)。

這個(gè)項(xiàng)目的意義在于，一是激發(fā)大眾的探索精神和創(chuàng)新精神;二是目前搜集的大量溫度、壓力等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及項(xiàng)目模式，可為人類今后建立月球基地提供研究基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。（綜合《重慶日?qǐng)?bào)》《瀟湘晨報(bào)》《華西都市報(bào)》等）