大陸2018年進行人類首次月面生物實驗

天境傳媒 郭玫蘭 報導(責任編輯 許玉青)
兩岸國際時事科技SpaceTechnology兩岸國際太空時事科技2017-06-22

由大陸教育部深空探測聯合研究中心組織,重慶大學帶領的科普載荷「月面微型生態圈」,將作為嫦娥四號的「乘客」之一,於2018年登陸月球表面,進行人類首次月面生物實驗,屆時將向全球進行直播。如果動植物能適應月球光照生長,人類移居月球將不是夢。

嫦娥四號科普載荷實驗生長箱。 圖/科技日報
嫦娥四號科普載荷實驗生長箱。 圖/科技日報

大陸這次實驗是通過光導管引進月球表面自然光線,實現月面原位資源利用,讓動植物完全接受月球的光照環境。之前也考慮過用人工光線模擬地球上的光照環境,但利用月面自身光照對實驗的意義更大。

如果動植物能夠適應月球光照進行生長,那麼以後人類就可以在月球建設基地,展開長時間的科研工作,對人類未來在地外星球生存具有重大意義。

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「月面微型生態圈」是一個由特殊鋁合金材料制成的圓柱形「罐子」,高18公分,直徑16公分,淨容積約0.8升,總重量3公斤。

這個搭載嫦娥四號上月球的「罐子」裡,將放土豆和擬南芥兩種植物的種子和蠶卵,以及土壤、養分、空氣等動植物生長需要的元素,還有記錄動植物生長的微型攝影機和照相機、調節溫度的空調、提供能源的電池等。

在罐子裡,土豆和擬南芥會通過光導管吸收月球表面的自然光進行光合作用,釋放氧氣供生態圈裡的「消費者」—蠶卵,然後蠶卵排出二氧化碳和生活垃圾提供給植物種子,循環往復,小生態圈就初現形態了。

雖然這個小小的罐子僅重3公斤,但是它裡面的零件達40個,成本造價在人民幣千萬元以上。聚集了機械、控制、環境、生物、材料、能源、光學、通訊等多學科交叉的研發團隊的智慧,獨創了多種新技術。

去年,美國太空人斯科特·凱利在NASA空間站中培育出一朵百日菊,成為第一株在外太空開放的花朵。這次中國大陸帶上月球開的花將是土豆花或擬南芥花。為什麼會選擇土豆、擬南芥、蠶這三位地球「乘客」到月球呢?

這是大陸教育部深空探測聯合研究中心經過上千次篩選的結果,因為「罐子」裡資源有限,就要求里面的動植物不能佔用過多空間。哪些動植物能登上月球,首要條件就是「個子小」。

其次,由於月球上沒有大氣傳遞熱量,晝夜溫差大,在太空艙內溫度控制在30℃到-60℃,「罐子」內溫度控制在最低-10℃,因此要求動植物能耐高溫、耐凍,而且能抗輻射和抗干擾。

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土豆是大家熟悉的食物,很有可能是以後太空的主食。這次選擇的土豆是特別培育的「小個子」品種。擬南芥開花周期短,從發芽到開花只需1個月,是很好的實驗用模式植物,因此把承擔在月球開出第一朵花的任務交給了它。

蠶卵將在生態圈中完成蟲卵孵化、幼蟲生長發育和破繭成蝶的完整生命周期。選擇蠶,有一個重要原因是因為它承載了中國大陸的傳統文化。

大陸這次實驗主要是想觀察月球上的光合作用,並向人們進行科普。大陸科研人員透過「月面微型生態圈」,觀察低重力、強輻射條件下植物的種子發芽、幼苗生長和開花的全過程,或蟲卵孵化、幼蟲成長發育、破繭成蝶,驗證月球環境下種子的呼吸作用和植物的光合作用。

與地球不同的是,月球自轉一周需要28天。月球上的一個白天相當於地球的14天,屆時這些動植物將在月球上連續度過14個白天,再進入14個黑夜。

「罐子」裡的溫度會保持在-10℃至30℃之間,土豆、擬南芥和蠶將在裡面實現微型生態循環。他們預計的時間為3個28天,希望能夠在月球順利開出第一朵花。

這次嫦娥四號所抵達的月球背面距地球38萬公里。月球環境真空,白天溫度能達到100多攝氏度,夜晚零下100多攝氏度,加上微重力、太陽輻射強、高能粒子衝擊等,給實驗帶來不小的困難。

科普載荷月面微生態圈的難點在於溫度的控制和能源的供給,因為太空艙不會給「罐子」供電,因此他們需要自己解決能源問題。為了讓「罐子」裡溫度恆定,他們為「月面微生態圈」穿上保溫服並裝了空調。

但這個空調不是普通的空調,是應用重慶大學在建築溫控上的優勢研制出的新型空調。利用太陽能電池就能進行溫度控制,保證微型生態圈以及照相機等一些耗電器材的工作。

從發射準備到飛行登月,中間大約會有兩個月時間。為了讓動植物不在途中就開始生長,他們進行大量相關試驗,以保證動植物在旅途中沉睡,到達月球後再被喚醒。

發射後不能人為遙控操作,只能通過攝影機鏡頭和傳感器進行觀測。屆時,他們將透過視頻觀測動植物的生長過程,用傳感器檢測裡面的溫度,向全球直播。

這個科普載荷已歷時兩年多實驗,預計在今年9月完成正式品,明年年底發射。除了重慶大學外,湖南大學、北京航空航天大學、中國航天科技集團等高校和企業也參與其中,涉及機械、控制、環境、生物、光學、能源等多學科交叉的多個研發團隊,其中多項技術今后將用於民用。

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