月球表面的第一抹生命绿色——探秘“嫦娥四号”上的“月面微型生态圈”

【嫦娥四号月背探秘专题】| 太空探索
月球表面的第一抹生命绿色
——探秘“嫦娥四号”上的“月面微型生态圈”
文 / 沐沐
2018 年 12 月 8 日 凌 晨， 由 教 育 部深空探测联合研究中心 ( 以下简称” 深空中心”) 组织、重庆大学牵头设计 的“生物科普试验载荷”项目搭乘“嫦 娥四号”的便车，展开了一次前所未有 的旅行。
该项目由教育部深空探测联合研 究中心主任、中国工程院副院长钟志华 院士首先以微型生态系统为雏形提出 创意，后由教育部深空探测中心组织、 重庆大学牵头设计。
科普，是本次载荷项目最基本也 是最重要的使命。项目团队通过研究生 物在月球低重力、强辐射、自然光照条 件下动植物的生长发育状态，为人类今 后建立月球基地提供研究基础和经验。 同时，该项目希望通过生物科普载荷试
别看外表简单，这个罐体技术含 量其实很高，它是一个高度密封的抗压
▲ 月面微型生态圈实验模型
油菜种子
棉花种子
土豆
拟南芥种子 ▲ 月面微型生态圈示意图
酵母
果蝇
容器，而且特别针对长期零下 57℃低 温微弱漏气现象采取了密封材料性能优 化等多种方法。
罐子这么小，里面有什么呢？ 最重要的当然是试验对象——马 铃薯种子、拟南芥种子、油菜种子、棉 花种子、果蝇卵、酵母 6 种生物。此外， 还有 18 毫升水、培养基、土壤、空气， 以及两个记录生物生长状态的相机。 “麻雀虽小五脏俱全”，为了给 载荷内生物营造一个适宜生存的环境， 载荷罐体还分别装置了“空调系统”、 光导管和水仓室，包括制冷片、加热片， 以及控制元器件等多种物品， 要保证科普载荷“月面微型生态 圈”能够正常运转，难点在于温度的控 制和能源的供给。 为了让“罐子”里保持稳定的适 宜生物生存的温度，科学家们给“月面 微型生态圈”穿上保温服并装了空调。 他们通过 20 多次的热方案设计及优化，
为什么送上月球？
为了充分发挥探月工程的牵引带 动作用，激发社会公众和青少年探索宇 宙的热情，2015 年，国家国防科工局、
教 育 部、 中 国 科 学 院、 中 国 科 协、 共 青 团 中央五部委联合 举办了“我心向月” 月球探测载荷创意设 计 征 集 活 动， 首 次 面 向 全国大、中学生和科技爱好者 征集创意设计。
最终确定了通过半导体制冷器、电加热 器、散热片及隔热措施相结合的方式， 对科普载荷内部进行智能化温度控制。
聚酯薄膜做成的保温层提供保温， 半导体冷热片进行调温，这些都不需要 额外提供能源。但是电加热器之类电器 却需要“电”才能运行。
而受限于重量控制，小罐子里并 没有带上普通的蓄电池，太空舱也不会 给“罐子”供电，因此，“月面微型生 态圈”需要自己解决能源问题。能源从 哪里来呢？答案非常简单——太阳能。
通过纯物理的办法，没有任何污 染地进行温控，是一种非常好的环境保 护方式。
除了温度控制，其他用电的地方 也不少。此次试验的重要作用之一就是 科普，为了全程记录这一过程，并与地 球试验进行对比，借以向青少年和宇宙 探索爱好者来进行科普宣传，照相机必 不可少，将数据传回地球也同样需要能
8 | SPACE EXPLORATION
时隔一个月，该生物科普载荷试 验发布了一系列照片，公布了试验搭载 的棉花种子从发出胚根到长出嫩芽的过 程。这是在经历月球低重力、强辐射、 高温差等严峻环境考验后，月球上长出 的第一株植物嫩芽，也是月球表面的第 一抹“生命绿色”。
人类航天活动开展了几十年，动 植物上天早已不是新鲜事，但在月球表 面开展生物学试验尚属首次。而且与去 年国际空间站开出的外太空第一朵花不 同，本次“月面微型生态圈”试验位置 距离地球 38 万公里，比离地 300 多公 里的国际空间站遥远得多，所处月面环 境也比国际空间站内部复杂得多。那么 试验究竟是怎样的呢？下面我们一起来 看看吧。
这样的情况下，棉花种子 竟然还能长出嫩芽，称之为 奇 迹 绝 不 为 过。 那 么， 这 个奇迹是如何实现的呢？
首先我们来看看这个 承载了“月面微型生态圈” 的小罐子。
由于载荷大小和重量均有严格 限制，这个小罐子并不大，是由一种特 殊铝合金材料制成的，罐子是圆柱形的， 高 18 厘米，直径 16 厘米，净容积约 0.8 升，总重量为 2.608 千克。罐子表面还 贴有中国国旗。
【中国航天】| 太空探索
源，太阳能就为他们提供了可靠的能源 保障。
除了供电，太阳能最为众所周知 的作用——光合作用在这里更是不能 少，它是通过光导管意设计颁奖典礼
验的实施，推动生物学知识的普及，加 深普通民众对生物学原理的了解；宣传 我国探月工程成果，激发人们对宇宙探 索和科学研究的兴趣，提高人们的环境 保护意识。
“这是人类第一次在月面上做生 物生长试验，以前科学家在空间站以及 其他航天器上开展过多次生物试验，但 月球上还从未有过。生物科普载荷试验 已初步实现人类首次月面生物试验，在 荒芜的月球上培育出第一株植物嫩芽， 并随时间的推移，成功实现人类有史以 来第一片在月球生长的绿叶，对人类今 后建立月球基地提供研究基础和经验， 具有重大意义。”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 谢更新说。
SPACE EXPLORATION | 7
太空探索 |【中国航天】
小罐子里乾坤大
月球上要空气没空气，要水没水， 缺少大气层和磁场的保护，在月球的每 个角落都充满了宇宙射线和高能粒子， 更可怕的是最大温差达到 300 摄氏度！ 而且试验正式启动前，“月面微型生态 圈” 承受巨大的压力，冲破重重困难， 陪伴着“嫦娥四号”历经长达 29 天的 奔袭，之后还经历了月昼一天中最高的 温度。
经过初选、院士专家组初评、公 众网络投票、公示、院士专家组终评等 层层筛选，来自重庆大学的“月面微型 生态圈科普载荷”项目凭借其“创新性 突出”“科普效果好”的特点，在 257 个创想中脱颖而出，成为备选方案之一， 后经探月工程“两总”系统研究确定为 “嫦娥四号”搭载载荷，并命名为“生 物科普试验载荷”。