走，到月亮上种土豆去

2018-04-13雍黎

知识就是力量 2018年4期

雍黎

“奶粉罐”里乾坤大

“月面微型生态圈”高18厘米，直径16厘米，净容积约0.8升，总重量3千克，从表面看就是一个圆柱形的金属罐子，有点类似于我们家里的奶粉罐。

在罐子里，土豆和拟南芥会进行光合作用，释放氧气，而动物虫卵吸入氧气，排出二氧化碳和生活垃圾提供给土豆和拟南芥的种子，循环往复，小生态圈就初现形态了。

这时候可能有人会问，地球上的光合作用直接利用太阳光，那么月球上的月光是如何引入“生态圈”的呢？原来，“月面微型生态圈”是通过光导管引入月球表面自然光线，实现月面原位资源利用，让动植物完全接受月球的光照环境。深空中心的老师们之前也考虑过用人工光线模拟地球上的光照环境，但利用月面自身光照对实验的意义更大。如果动植物能够适应月球光照进行生长，那么以后人类就可以在月球建设基地，开展长时间的科研工作，对人类未来在地外星球生存非常重要。

“月面微型生态圈”是一个真实的生态圈，假设这个生态圈运转正常，罐子里的动植物将经历一个完整的生命周期。动物虫卵从虫卵孵化到幼虫成长发育，土豆和拟南芥的种子从发芽、幼苗生长到开花，一个完整的生命周期就诞生了。

“月面微型生物圈”本尊

知识链接：什么是航天器的有效载荷

航天器要在太空执行其满足地面特定需求的任务，或者说实现与地面特定需求相应的功能。因此，航天器上必定载有直接执行有关航天任务的仪器、设备和系统，有的航天器还载有航天员、生物，它（他）们被称为航天器的有效载荷或专用系统。航天器的有效载荷因航天任务的不同而各异。有效载荷除了物质性设备外，有时还有人或生物。物质性的有效载荷主要有以下几类：科学、试验设备，遥感设备，通信设备，导航设备等。有效载荷是航天器的主导成分，航天器的性质和功能主要是由有效载荷来描述的。

光合作用示意圖

登月生物有讲究

由于“罐子”里资源有限，就要求里面的动植物不能占用过多空间。那些能登上月球的动植物就需要满足特定的条件。首要条件就是“个子小”。其次，由于月球上没有大气传递热量，昼夜温差大，在太空舱内温度控制在 30～60℃，“罐子”内温度控制为最低-10℃，因此要求动植物能耐高温、耐冻，而且能抗辐射和抗干扰。

土豆是大家熟悉的食物，很有可能是以后太空的主食。这次选择的土豆是特别培育的“小个子”品种。拟南芥开花周期短，从发芽到开花只需 1 个月，是很好的实验用模式植物，因此把承担在月球开出第一朵花的任务交给了它。

动物虫卵将在生态圈中完成虫卵孵化、幼虫生长发育的完整生命周期。

土豆可能是未来太空的主食

温度控制有难度

此次嫦娥四号所抵达的月球背面距地球38万千米。月球环境真空，白天温度能达到100多摄氏度，夜晚零下100多摄氏度，加上微重力、太阳辐射强、高能粒子冲击等，给实验带来不小的困难。

科普载荷“月面微型生态圈”的难点在于温度的控制和能源的供给。因为太空舱不会给“罐子”供电，因此需要自己解决能源问题。为了让“罐子”里温度恒定，科学家们给“月面微型生态圈”穿上保温服并装了空调。但这个空调不是普通的空调，是应用重庆大学在建筑温控上的优势研制出的新型空调。利用太阳能电池就能进行温度控制，保证“月面微型生态圈”以及照相机等一些耗电器材的工作。

从发射准备到飞行登月，中间大约会有两个月时间。为了让动植物不在途中就开始生长，科学家们进行了大量相关试验，以保证动植物在旅途中沉睡，到达月球后再被唤醒。发射后不能人为遥控操作，只能通过摄像头和传感器进行观测。届时，他们将通过摄像头观测动植物的生长过程，用传感器检测里面的温度，向全球直播。

据了解，这个科普载荷已历时两年多实验，预计今年年底发射。除重庆大学外，湖南大学、北京航空航天大学、中国航天科技集团等高校和企业也参与其中，涉及机械、控制、环境、生物、光学、能源等多学科交叉的多个研发团队，其中多项技术今后将用于民用。

在电影《火星救援》中，宇航员马克独自在火星，将居住舱变成火星土豆农场，靠种土豆、吃土豆生存500天。美国大片里出现的这些场景，中国的科学家们正在将它一步步变为现实，如果本次科普载荷成功，那也将意味着“月面微型生态圈”适合于所有地外星球并成为人类生存的基础。