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揭秘嫦娥四号生物实验

2019-02-28 11:33:00 来源:人民日报海外版 作者:赖杰 【关闭】 【打印】

   月球沿着椭圆形轨道,运行至近地点附近时就会让人们觉得格外大而明亮,被称为“超级月亮”。近日,适逢“超级月亮”当空,全球各地对其关注度显著上升。而对很多中国人来说,抬头仰望那轮“超级月亮”时除了欣赏赞叹之外,还有发自心底的牵挂。因为就在那皎洁的明月之上,我们的嫦娥四号正在那里,经受着月夜超低温的严酷考验。 

  月面环境是可怕的,白天最高温度高近130摄氏度,最低则低于零下180摄氏度,无疑是生命的禁区。然而,嫦娥四号自月背软着?#25581;?#26469;不仅顽强地“生存”下来,而?#39029;?#21151;进行了一系列科学探测活动,其中包括进行了月面生物科普实验,在那个绝世寂寥的天地间生长出第一片绿叶,创造了人类月球探测的历史。 

  近日,嫦娥四号生物科普实验载荷的总设计师、教育部深空探测联合研究中心副主任谢更新接受采访,揭秘了本次实验背后鲜为人知的故事。 

    

旨在激发探索热情和环保意识 

    

  嫦娥四号生物科普实验最早可追溯到2016年。彼时,国防科工局、教育部、中国科学院等联合开展月球探测载荷创意设?#26222;?#38598;活动。重庆大学联合教育部深空探测联合研究中心提出的“月面微型生态?#20302;場?#35774;计方案从征集活动的众多方案中脱颖而出,成为嫦娥四号搭载项目的中选方案。 

  该研究中心挂靠重庆大学,依托重庆大学的科研平台,开展深空探测领域研究。作为联合研究中心核心成员之一,谢更新参与了征集活动,并在方案设计中起到特殊重要作用,他后来也因此被选拔为嫦娥四号生物科普实验载荷总设计师。 

  对载荷设计创意,谢更新回忆说:“时任联合研究中心主任钟志华鼓励我们开拓思路,设计的实验要既能推动学科发展,又能引起大众关注宇宙的热情和激发保护环境的意识。”我们设计团队据此进行头脑风暴,最终拿出了别具一格的月面生物实验的方案。” 

  在生物科普实验载?#19978;?#30446;的准备过程中,载?#36175;?#38431;遇到各种问题。他们凭借着航天精神,在实验物种筛选、罐体工程设计、地面验证试验等方面,逐项解决问题。 

    

“我们还考虑过搭载乌龟!” 

    

  嫦娥四号生物科普实验载荷搭载了棉花种?#21360;?#27833;菜种?#21360;?#37237;母和果蝇卵等。虽然种类并不多,但是把这几类从众多生物物种中选择出来并不容易。谢更新介绍说,课题组为此花费了两年时间,囿于各种因素的限制,期间,选取的物种更换了多次。 

  ?#19979;言?#20837;选为本次实验对象。谢更新解释说,理由有两条:一是人们对其熟识程度高。蚕可谓家喻户晓,很多人可能还有养蚕经历。与之相比,人们对果蝇或者酵母就显得陌生。选蚕更?#27427;?#20110;更好地做科普工作。二是文化内涵丰富。中国自古以来就?#36816;?#32504;文明天下,古丝绸之路大大促进了东西方交往,今天的“一带一路?#32972;?#35758;也源于此。此外,蚕吐丝、结茧、破茧成蝶象征着中华民族实现蝶变。然而,遗憾的?#29301;?#30001;于客观条件限制,载荷不具备蚕从破卵到成蝶的周期保障能力,?#19979;?#36873;项被?#28909;?#28040;了。 

  谢更新透露,开始阶段,工程约束?#22278;?#26159;很大,课题组思路很开放,甚至考虑过搭载乌龟,寓意其与玉兔二号赛跑,彰显中国文化色彩。但是由于尺寸、活动空间、氧气的制约,乌龟也被放弃了。 

  实验科普团队最终确定围?#36843;?#22823;目标进行物种选择。一是具有生物实验意义,二是达到科普知识的目的,三是向世界展示中国重大工程技术能力和水平。最终入选的是“棉花种?#21360;?#27833;菜种?#21360;?#25311;南芥种?#21360;?#39532;铃薯、酵母和果蝇?#36873;薄?/span> 

    

多方面多学科通力合作 

    

  嫦娥四号生物科普实验载荷汇聚了众多部门科研人员的智慧,参与其中的,除了深空探测联合研究中心实验团?#21360;?#37325;庆大学的相关人员之外,还包括来自湖南大学、?#26412;?#33322;空航天大学、哈尔滨工业大学、中国航天科技集团等高校团队和企?#20302;?#38431;,领域涉及机械、控制、环境、生物、光学、能源等。 

  “生物科普实验不仅是项研究,而且是工程项目。要实现工程化,必须要凝聚几个核心团?#21360;!?#35874;更新教授表示。各专?#20302;?#38431;分工合作,做好自己?#26800;?#30340;工作。例如,位于山东省烟台市的航天513所,在实验载荷的整机工程化做出了重要贡献。该所负责控制分?#20302;?#20013;控?#39057;?#36335;硬件研制、软件编程、整机装配及焊装、热控实施和部分环境试验。接到任务后,513所迅速整合所内外资源,组织经验丰富的技术骨干,开展产品研制。这也是该所继神舟九号之后再一次在太空生物实验领域的重要实践。 

  大工程更要出细活。实验科普团队在?#38468;?#19978;下足了功夫。在载荷生物的采光方案上,谢更新说:“当时在载荷上有两种方案,一种是使用白炽灯光,这?#26088;?#26415;已经很成熟了;第二种是采用自?#36824;猓?#20294;是没有现成的方案。我们考虑到这次载荷不仅仅只是想做一个太空生物研究而?#36873;?#26368;重要的是向大众普及生物学知识,?#28909;?#35828;在月面的光合作用。所以在载荷上,我们花费了大量的时间和精力采用了特殊的装置,?#28304;?#21040;使用月面太阳自?#36824;?#30340;目的,虽然难度大大增加,但意义更大。” 

    

丰富成果与国际社会?#34453;?/span> 

    

  嫦娥四号登陆月球背面是人类第一次,没有详细历史数据可参考,也无经验可借鉴。对于实验载荷来说也?#20392;?#27492;,团?#21448;?#33021;对月背环境进行分析预测,难免?#24418;?#24046;。为尽可能?#35270;?#36719;着陆后月背地面温度,实验团队选择?#22235;?#20302;温的和耐高温的6类生物。此举被证明是非常有远见的。传回的数据显示,软着陆时,载荷内温度达30多摄氏度,而此前预测的温度是20摄氏度。喜温耐热的棉花种子顺利完成了高温下发芽生长的过程,摘下了“月球第一片嫩芽”的桂冠。 

  受重量3千克的约束,载荷还需要包括罐体、水、?#23525;赖?#24517;需品,所能承载的资源非常有限。对实验载荷的图像捕捉只能通过两部傻瓜相机传回的照片来实现。特殊的环境对相机在抗辐射、抗高低温、抗震动、真空等方面提出了异常?#37327;?#30340;要求,使得其功能尽可能简单,?#28909;?#27809;有调焦等功能,也不能移动。 

  谢更新透露说:“专家在分析两部傻瓜相机拍摄传回的照片时,高度怀疑其他种子也发芽了,果蝇卵?#37096;?#33021;发育孵化了。但是图片中只有棉花发芽是非常清楚的,所以经过审慎考?#29301;?#25105;们只对外公?#26082;?#35748;了棉花种子发芽。虽然略有遗憾,但是载?#36175;?#38431;仍然收获颇丰。” 

  谢更新说,实验载?#36175;?#38431;向公众发布了数张实验图片,还有近400张正用于科学研究,揭示种子在微重力、高辐射、高真空、高温差的特殊环境下,生长发芽的特点。 

  “当然,这些数据是开放的,?#38431;?#22806;国同行合作研究,为人类更好?#40092;?#21644;利用月球环境创造条件。目前,?#35775;饋?#20013;国都有建设月球基地的规划,其中必然涉及生物活动。这次实验是一次重要的数据和经验技术的积累,为未来月球基地的建设奠定研究基础。”谢更新最后表示。
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