把科幻做成科学的女科学家

董海霞

刘红，1964年生，现为北京航空航天大学生物与医学工程学院教授，“月宫一号”总设计师/首席科学家，国际宇航科学院院士，博士生导师，荣获2019年“全国五一巾帼奖章”。所带领的月宫一号团队荣获2019年中国五四青年奖章集体，所领衔取得的月宫一号成果荣获2015年中国高校十大科技进展。先后主持完成国家及部委科研项目十余项。在国内外一流学术刊物和国内外学术会议上发表学术论文200余篇，其中SCI文章100余篇；授权发明专利30余项；主编教材一部，编著专著三部。

1996年加入九三学社，现任北京市政协委员、海淀区政协常委。她在民主党派和政协提供的平台上积极参政议政，提交过教育、交通和环保等方面的提案，两次荣获海淀区政协颁发的优秀提案奖。

进军地外生存生命保障系统

一座名为“月宫一号”的白色圆顶建筑，静静地伫立在北京航空航天大学校园一角。

这是一个能与地球媲美的“微型生物圈”，由一个综合舱和两个植物舱组成，总面积160平方米、总体积500立方米，可循环再生人类生存所需的氧气、水和食物。整个系统可满足四人长期高闭合度的生命保障需求，开展各种科学实验研究。

走进这座神秘的建筑，透过植物舱舷窗望去，一排排架子排列井然；在LED灯的照射下，架子上的植物绿意盎然，间或点缀着红色或黄色的果实……

自2013年以来，北京航空航天大学生物与医学工程学院教授刘红，每天都带着学生在里面紧张地忙碌着……

“我最大的梦想，就是让人类无论是在荒漠、极地，还是外太空，都能很好地生存。”为了这个梦想，刘红数十年如一日，紧张地忙碌着。

2003年，我国的航天事业翻开了崭新的一页，神舟五号载人飞船成功发射并返回。由此，一个问题摆在了科学家面前：在近地轨道，宇航员赖以生存的物资可全部携带；如果人类进行更长时间、更远距离的太空探索，靠携带供给，或由地面补给，费用昂贵且技术上难实现。

这一难题该如何解决？

“地外生命保障系统”，一个新的研究方向在刘红脑海中一跃而出。

“在当时看来，这是一个遥远的梦。很多人不理解，觉得还只是科幻。”刘红却说：“科学家就是要关注10年、20年乃至百年后的技术需求。放眼国际，一些国家已陆续开展相关研究，中国人要在这个领域做出更多贡献，甚至成为国际领先。”

数百年来，人类对地外星体的探索热情，从未熄灭过。刘红说她“时刻准备着，为进入外太空的人类提供足够的生命补给。”

凭着这股劲儿，在苏联“人—植物”的“两生物链环”地外生命保障系统的基础上，刘红打造了“人—植物—动物—微生物”的“四生物链环”。

从“二”提升到“四”，绝不只是数字的变化。要解决的，有供人食用的“动物蛋白”问题，还有负责废物处理的“微生物”问题——这是业内公认的两个技术难题。

经过反复研究、实验，刘红团队在1000多种可食用昆虫中，精选出富含蛋白质的黄粉虫；在种类众多的微生物中，找到生存在寒冷山洞或极热高温地带、在人体体温条件下无法生存的微生物。技术难点由此突破。

从梦想到胜利

2018年5月15日，这个看似平凡的日子，不仅在女科学家刘红的生命里留下重重一笔，在中国探索地外生命保障系统史上也是一座里程碑。

上午9时许，备受关注的“月宫一号”缓缓开启舱门， 4位志愿者微笑着走出“月宫”，手里还拿着亲手种植的大豆、小麦、胡萝卜、西红柿、草莓等。

在经历了370天的“月宫”生活后，此次在“月宫一号”内进行的世界时间最长、闭合度最高的模拟实验“月宫365”获得圆满成功。

“月宫一号”从一个人到一支队伍，从一间办公室到一个实验空间，从一个梦想到一次伟大的胜利。这个跨越，用了整整10年。

刘红教授团队的这项研究始于2004年，2013年10月研制成功，2014年就完成了持续105天的我国首次长期高闭合度集成试验，标志着我国成为了继俄罗斯、美国之后，第三个掌握了该技术的国家，也标志着世界上首个由“人—植物—动物—微生物”构成的四生物链环人工闭合生态系统的成功建立。

据刘红教授介绍：“365+5天的世界上时间最长的‘月宫365实验，闭合度水平超越了月宫团队2014年创造的世界纪录，达到了98%。”

为期370天，系统闭合度高达98%，只有2%的外部供给，其余均为系统内自给自足、循环再生，这为极端条件下人类的生命补给提供了可能，也标志着我国在生物再生生命保障技术领域达到世界尖端。

目前，实验虽取得巨大突破，但仍停留于地面试验。让生命保障系统真正适应地外环境，还需进一步研究在空间环境下，如月球、火星表面以及微重力条件下的相关表现，通过对比来获得矫正参数和矫正模型。

刘红团队一边等待可以将生命保障系统带到地外环境测试的合适机会，一边拓展系统在地面极端条件下的应用性。“比如，在高原、极地、岛礁、深海、深地等具有重要国防或科研价值的极端环境，或者应用于现代农业、环境保护与生态科学研究当中。目前，青海无人区的一个在建科考站，正委托我们为其配备生命保障系統。”刘红说。

“做科研，要有科学家的精神与追梦人的情怀。”这是她对学生最常说起的一句话。

在刘红看来，科研与科幻有类似之处，想人之不敢想，想人之未曾想。但相比于科幻的惊心动魄，科研更像是一个细水长流的过程。一辈子把科幻做成科学，她躬耕不辍……

梦想源于责任

粉色灯光背景，一个种满植物的密闭舱，一名志愿者正在进行科学实验——这幅照片，曾在2017年同“北美日全食”等一道入选英国《自然》杂志年度最佳科学图片。照片的背景就是“月宫一号”。

时间回溯至2004年。刘红团队从一个人、一张桌开始，零起步系统开展生物再生生命保障系统理论和技术研究。在这项技术应用到空间之前，需要构建地基模拟实验验证系统，建立系统集成理论，进行系统运行调控技术研究。中间有太多需要耐得住寂寞、克服困难的时刻，也有不少需要豁得出去、杀伐决断的时分。

2009年到2010年间，刘红团队在小场地里能做的实验已经完成，需要一个升级版的大场地做系统实验。放眼自己所在的学院，连几平米都难寻，校园场地也并不宽裕。刘红跟同事商量，想了个主意。

在一次跟校长同事们走访俄罗斯时，她提前打印了厚厚的十几份方案PPT，放进书包，时刻背着，就等那个恰好时机，把数年成果和当下最直接的困难呈现给校长同行。左等右等，直到从莫斯科飞西伯利亚前几个小时，机场路大堵车的时间，在大巴车里，刘红把一份份PPT分发了出去，向大家介绍她的想法方案……

当时走访团的行程就是去参观俄罗斯的密闭实验系统，校领导看到俄罗斯的装备后赞叹不已。刘红鼓足勇气跟校长说：“如果给我场地，我能做出比这个更好的！”

尽管当时雄心勃勃，内心里，刘红也比较忐忑，但想到美国、俄罗斯等已经在此领域前进了一大步，她觉得中国决不能落后，也要迎头赶上，最好超越他们。

恰逢俄罗斯一位与刘红合作多年的院士，也添了把柴，“在中国挑合作伙伴，我就认可刘红老师。”当时兼任现场俄语翻译的刘红，也没好意思把这直白的赞美翻译出来……

不过回来之后，场地问题的解决被纳入日程。最终，在北航新主楼西侧，神秘的“月宫一号”拔地而起。

2013年10月，刘红团队集成取得的理论和技术，研制出地基综合实验系统“月宫一号”，当时包括一个综合舱和一个植物舱，总面积100平方米，总体积300立方米，可满足3人生命保障需求。

2014年成功完成3人105天长期密闭实验，演示验证了所建立的系统设计方法和运行调控技术的可行性，这标志着我国从无到有建立了自主知识产权的外太空长期生存核心技术——空间生物再生生命保障技术。

实验成功后，刘红说自己体会到生命中“极大的满足感”，“那一刻，觉得这一生过得真值。”

但带来满足感的美妙，未停止在此。2018年第二次进阶性实验的圆满完成，带给刘红的，除了众多待解的新数据和新课题，还有一种实实在在的民族责任感和科学家的使命感。

刘红说，未来希望微型化的“月宫一号”可以在月面、火星表面开展小型生物再生生命保障系统试验，通过天地对比分析，获得矫正参数和模型，为未来应用于人类探测月球、火星打下坚实的技术基础。

30年磨一剑

把科幻当成科学，不是一时冲动，也并非心血来潮。

对刘红来说，这一壮举，是涵养30年，历时20年，一朝梦圆的完美结局。

儿时就喜欢看月亮、数星星的刘红并未想到，自己一辈子会从事和星空有关的研究。

1983年刘红面临高考，家人想让她读个路径明确的医科，但看起来很乖巧安静的刘红，竟然要去读环境保护。一方面她觉得这个专业很“酷”，另一方面，“喜欢干净。就是想要改变家乡垃圾随意堆、污水遍地泼的状况。”

因为小时候前苏联电影看了不少，高考时外语就选了俄语，更因为学术基本功扎实，1989年，刘红获得公派去莫斯科大学留学的机会，以“环境保护和自然资源合理利用”为研究方向。

当时的苏联正处在动荡和变化中，环境中交织着各种前所未见的元素，每个身处在那个环境的人，都在重新定位自己的选择和方向。来自不同国家的留学生，有的暂停学业开始“带货”做生意，有的开始重新思考研究方向……刘红并非没有感受到外在诱惑和冲击，不过她几乎就“没往那些地方想过”。

老老实实地做好本分，踏踏实实地做好学问，是她一贯的作风。刘红兼职也只做耗时长报酬少的学术翻译，“因为国家公派我们出来，就是想让我们学到真本领，不想辜负这种期望。”

她说自己当时没有什么宏大计划想法，只是单纯要对得起国家对留学生的付出和期待。她甚至还记得当时国家给公派留学生“置装费”的往事，“这种对于学子事无巨细的关照，怎么能辜负？”

这段莫斯科留学经历，除考验了刘红的学术定力，还找到了方向——读博期间，刘红曾在一个咸水湖做过调研。受人类活动的影响，这个原本的淡水湖水源越来越少，加上半沙漠地区蒸发量高、降水量少，最终变成了接近海水的咸水湖。刮起风来，“盐沙尘暴”肆虐，很多良田变成盐碱地。

调研结束后，刘红坚定了将研究生命保障系统作为志业的决心，“地球生物圈就是人类的生命保障系统；尽管它很庞大，但也很脆弱。如果不爱护，也可能会消亡。研究保护地球生命保障系统，十分必要。”

1994年在莫斯科大学拿到博士学位后，刘红回国，先后在中国农业大学和北京师范大学工作，研究范围包括农业生态系统和城市污染处理技术，而这些侧重点的不同，也恰好对应了“月宫一号”中对于循环再生各个环节的需求。

直到最终落脚北京航空航天大学，刘红正式推开了地外生命保障系统研究的大门。“以环境保护为出发点，以构建人類生命保障系统为落脚点——我30多年的科研历程，如同安排好了一般。回首凝望，走过的每一步，都是对未来的积淀。”

“月宫365”实验，对于舱内几个实验者而言，压力不言而喻。他们每天都有任务在身，早上7点到晚上7点均有规定日程，休息时间也有一定要求，活动场地受限。对于他们的心理状态，刘红想得周密，在“月宫一号”监控室，刘红组织团队成员24小时值守，陪伴志愿者，“陪伴就是一种支持和鼓励”。

2018年的春节，她带领团队成员和舱内志愿者一起坚守科研任务，过大年，还细心地同大家在“月宫”内外同步包上了饺子。

而其实，月宫这项实验本身，也绝非仅仅是生物、数学、物理、环境等科学学科的简单集成。对每一个志愿者生活细节的考虑，对于他们心理情绪变化的把握，都需要一点点细细推敲琢磨。实验期间，刘红几乎每天都会出现在监控室，她时而是“蒙娜丽莎的笑”，时而是教授的紧缩眉头，时而是舒展的按部就班，那些表面平静下内心的细密潮涌、紧张、焦虑，就自己一人，慢慢消化。

“月宫让我体会到，有些很简单的东西，其实又不那么简单。比如我们呼吸的空气构成，为什么氧气含量总是能恒定呢。日常我们不会考虑这些貌似很简单的东西，真到了要思考生存、搭建生命保障体系的时候，就会再郑重地考虑这些简单的不简单。”在刘红看来，科学工作者，就是要做永远思考不停的有心人。

如今，“月宫365”实验已经结束一年有余。刘红的日常，依旧被“月宫一号”填满。团队也紧密“围绕”在“月宫一号”周围，继续紧张处理过去实验取得的大量数据和新的延伸项目。

她已经和“月宫一号”紧紧连在了一起。科学家最好的标签，永远是他/她的研究成果。

敢为人先，也为刘红团队带来数不胜数的表扬鼓励：“2014北京榜样”特别奖，“新中国65年十大引智成果”之一，2015年度“中国高等学校十大科技进展”，2019年“中国青年五四奖章集体”……个个分量十足。

认真履职的好“社员”

1996年，刘红加入九三学社。谈及因由，多半还是实诚。“因为我觉得九三学社民主、科学的精神我真正能够领悟，也真正有信心践行。能做到的，我去做。”九三平台给了刘红另一方天地，九三学社北航支社主委的经历给了她许多做好参政议政、社会服务、组织建设的经验。

在九三学社多层组织和北航的支持下，刘红参与科普事业也越来越有心得，近几年更是乐在其中。她编著出版面向大中小学生的《太空生存》科普书籍，在月宫一号为小学生、中学生讲解生命保障系统的脉络构成……

这种传播一个科学理念，传达一种科学意识，甚至是表现一种科学感觉的活儿，刘红乐在其中。一次去上海为小朋友做的科普活动上，一个“小豆丁”一直主动去摸刘红的手，大概只是想确定“科学家是真的”这件事，刘红回想起来心里还是暖融融的。

这件事也让刘红意识到，具象的科学家对于幼小孩童可以形成的温柔冲击，“帮他们种下一颗小小的科学种子”。“所以科普这件事，是将知识深入浅出输出的过程，也是一种深刻强烈的情感回馈。”

这是刘红的专业，是刘红的细腻，也是她的真实。

自从当选为北京市政协委员，海淀区政协常委以后，刘红多了建真言献良策的宽阔渠道。未经实验的数据不经一用，未经实践的论据不值一提，刘红用做好科学的方法来做提案，用严谨的数据和论据为建言做基础。这两年，事关科学，关于科普教育，关于北京市科技管理、项目验收时限等，刘红依据切身体会，也讲了很多。这件事从发端来说，也是一种责任感——“被信任所以才有這种身份，所以不能辜负那些等着你发声的人。”