为何要在月球栽棉花?为何选土豆不选红苕

2019-01-16 08:41 来源: 上游新闻
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  2019年01月07日,第4天,营养土,注水后81h


  2019年01月07日,第4天,蛭石,注水后81h


  2019年01月12日,第9天,蛭石,注水后212h
  在经历月球高真空、高温差、强辐射等严峻环境考验后,人类在月球上种植出了第一株植物嫩芽……为什么选这6种生物?为什么是重庆大学牵头承担此次试验?
  昨天上午,重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙等专家在嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会上为你揭秘本次由重庆大学牵头的科普载荷为“广寒宫”带去6名“神秘旅客”,记者带你直击这一传奇。
  试验回顾
  2018年12月8日凌晨,随嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心出征,由重庆大学牵头承担研制的生物科普试验载荷项目,也一起奔赴“月宫”,作伴“玉兔”。
  此次生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物,它们形成一个简单的微型生态系统,均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。地面组装合盖过程中,所有生物装载操作均在严格无菌环境的超净工作台中进行,确保全过程无生物污染。
  生物科普试验载荷罐是一个高度密封的抗压容器,在经历发射和着陆等阶段严酷的力学考验后,生物科普试验载荷于嫦娥四号登陆月球第一天(2019年1月3日)23:18加电开机并启动主相机拍照。
  1月3日23:48,在地面控制中心发送放水指令后,植物种子和果蝇虫卵结束发射场等待发射两个月以及太空飞行近一个月的休眠状态,进入生物月面生长发育模式。
  1月5日20时,地面接收数据显示,载荷内种子已经发育为胚根——嫩绿的新叶……
  1月12日20:03:34,地面发送了生物科普试验载荷断电指令,载荷正常关机。“从开机至断电,生物科普试验载荷在轨工作状态良好,累计工作时间长达212.75小时,主副相机累计拍照34次,下传照片170多张。与整器保持良好的持续通信状态,并实时传回温度、电压、气压等各项遥测数据。通过照片数据和遥测数据分析,设备内部水已完全浸润土壤,温度、压力等完全符合生物生长发育的要求,达到设计指标,部分指标超过预期。”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教授介绍。
  揭秘
  为什么是这6种生物?
  经过上百次筛选无数次实验
  世上生物千千万,棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇凭什么就成了“天选之子”?
  刘汉龙介绍,载荷内搭载的6种生物构成一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统。其中,植物生产氧气和食物,供所有生物“消费”;作为消费者的果蝇和分解者的酵母,通过消耗氧气产生二氧化碳,供植物进行光合作用。此外,酵母可以通过分解植物和果蝇废弃物生长,又可以作为果蝇的食物。
  看似简单的6种生物,最终能成为首次登上月球背面的幸运儿,经历了上百次物种筛选和无数次生物实验。
  重庆大学生命科学学院太空生物学研究团队承担了本次科普载荷生物模块研制任务。自接到任务到生物物种确定直至载荷封装,课题组历时两年,从云南深山悬崖到新疆沙漠地区,寻找能够在极端条件下生存的生物物种,挑选了上百种植物进行实验、筛选。
  本次搭载的生物物种筛选有着非常严苛的要求。因为“罐子”里资源有限,要求里面的动植物不能占用过多空间,因此,能登上月球,首要条件就是“个子小”。其次,由于月球表面低重力、强辐射、高温差等极端条件限制,因此要求动植物能耐高温、耐冻,而且能抗辐射和抗干扰。
  本次载荷生物种类的筛选,除了实现在月球表面环境下植物种子发芽或幼虫成长的最低目标,更重要的是基于未来进一步开展太空生物学研究的长远考量,而这也是为以后人类进入月球乃至地外星球生存提供保障——粮、棉、油是人类赖以生存的最基本需求,马铃薯是大家熟悉的食物,很有可能是以后太空的主食;油菜作为重要的油料作物,是太空食物中不可或缺的油料保障;而拟南芥、果蝇、酵母,因其作为全球科学家研究生物的模式物种,生长周期短,能够在短时间内展示完整的生命过程而得以入选,便于研究生物生长发育和代谢规律。
  如何保证生物生存?
  有光有水有“空调”
  生物们到了月球,首要的问题就是生存。对此,重庆大学的“智囊团”自有妙招——为了给载荷内生物营造一个适宜生存的环境,载荷罐体分别装置了“空调系统”、光导管和水仓室。罐子的保温层,能经受月表面剧烈温差的考验;内部装有自动调节温度的“空调系统”,通过温度传感器保证环境温度在25摄氏度左右。罐体内,植物可通过载荷顶部盖板上的光导管吸收月面自然光,进行光合作用产生氧气。
  此外,水仓室携带了一个装有18ml生物专用水的水袋和电磁泵,着陆器落月并加电后,接到地面指令让电磁泵工作,将水袋中的水通过水管释放到生物舱表面,为生物生长提供水分。
  为进一步凸显本次生物科普试验载荷的科研和科普价值,生物科普试验载荷项目组同时在重庆大学开展了地、月对比实验,同一个生态系统(密闭空间)在地球、月球不同条件下以及在地面自然条件下(开放空间)的生长发育情况对比。
  生物科普试验载荷负责生物模块的团队成员介绍,对照试验分为封闭环境1:1对照和开放环境下的对照试验。
  1月3日晚23:50,地面试验载荷与月表载荷同步注水,对照试验正式开始。整个地面对照试验全程以在轨工作的生物科普试验载荷传回的温度作为参考,地面对照通过控温,与在轨工作温度保持一致。
  截至1月12日,地面对照试验罐体内已陆续发现棉花、油菜种子萌发,且长势良好,可观察到嫩绿的子叶。开放环境下,可见油菜、棉花和马铃薯种子萌芽,幼苗呈茂盛生长趋势。
  为什么是重庆大学?
  从257份作品中脱颖而出
  本次试验是嫦娥四号任务中,唯一一个由教育部高校研制、第一个登上月球系统级的航天器并着陆月球背面的科普载荷。人类历史上的首次探索,凭什么是重庆大学牵头?
  2015年,国家航天局、教育部、中科院、中国科协和团中央共同发起征集嫦娥四号科普试验生物科普试验载荷。重庆大学“生物科普试验载荷项目”在257份作品中脱颖而出,并于2016年底被最终确定为搭载项目之一。
  刘汉龙说,重庆大学在机械、动力、能源、采矿、材料方面有非常强的学科优势,在全球ESI工科方面进入千分之一。这次科普载荷试验研究许多设备的研制,包括环境的设置,都是重大的强项。
  在项目的研发过程中,研发团队对科普载荷进行多个技术难点的攻关:为确保科普载荷在轨工作安全,罐体结构件全部由高性能铝合金加工,且进行了防腐处理,并通过分析、试验的形式进行了多方面验证;针对长期零下57℃低温微弱漏气现象,通过结构分析、密封材料性能优化等多种方法予以解决;为了使科普载荷能够在零下60℃到80℃的温度范围内保持稳定的适宜生物生存的温度,通过20多次的热方案设计及优化,最终确定了由半导体制冷器、电加热器、散热片及隔热措施相结合的方式,实现科普载荷内部智能化温度控制。
  “将来我们也会融合,很多技术也在转化。导光管的技术可以考虑利用到地下车库,我们现在用的是电灯,以后就可以用自然光。保温系统的很多技术,也可以在深海作业中推广应用。这里面有一系列的核心技术,我们主要是围绕科普这么一个目标,研发出一整套的系统。”刘汉龙说。
  网友热议
  种棉花是怕月球冷吗?
  被发现了:月面发芽的第一棵地球生物是棉花,是怕月宫冷吗?
  心尖爱人:谁也无法阻挡中国人种菜的热情。
  伴你左右:到时候土豆长得比桂花树还高!
  赵信:科幻电影即将成为现实。
  【编辑:朱曦东】
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