走，到月亮上種土豆去

雍黎

“奶粉罐”里乾坤大

“月面微型生態(tài)圈”高18厘米，直徑16厘米，凈容積約0.8升，總重量3千克，從表面看就是一個(gè)圓柱形的金屬罐子，有點(diǎn)類似于我們家里的奶粉罐。

在罐子里，土豆和擬南芥會(huì)進(jìn)行光合作用，釋放氧氣，而動(dòng)物蟲(chóng)卵吸入氧氣，排出二氧化碳和生活垃圾提供給土豆和擬南芥的種子，循環(huán)往復(fù)，小生態(tài)圈就初現(xiàn)形態(tài)了。

這時(shí)候可能有人會(huì)問(wèn)，地球上的光合作用直接利用太陽(yáng)光，那么月球上的月光是如何引入“生態(tài)圈”的呢？原來(lái)，“月面微型生態(tài)圈”是通過(guò)光導(dǎo)管引入月球表面自然光線，實(shí)現(xiàn)月面原位資源利用，讓動(dòng)植物完全接受月球的光照環(huán)境。深空中心的老師們之前也考慮過(guò)用人工光線模擬地球上的光照環(huán)境，但利用月面自身光照對(duì)實(shí)驗(yàn)的意義更大。如果動(dòng)植物能夠適應(yīng)月球光照進(jìn)行生長(zhǎng)，那么以后人類就可以在月球建設(shè)基地，開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間的科研工作，對(duì)人類未來(lái)在地外星球生存非常重要。

“月面微型生態(tài)圈”是一個(gè)真實(shí)的生態(tài)圈，假設(shè)這個(gè)生態(tài)圈運(yùn)轉(zhuǎn)正常，罐子里的動(dòng)植物將經(jīng)歷一個(gè)完整的生命周期。動(dòng)物蟲(chóng)卵從蟲(chóng)卵孵化到幼蟲(chóng)成長(zhǎng)發(fā)育，土豆和擬南芥的種子從發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)到開(kāi)花，一個(gè)完整的生命周期就誕生了。

“月面微型生物圈”本尊

知識(shí)鏈接：什么是航天器的有效載荷

航天器要在太空?qǐng)?zhí)行其滿足地面特定需求的任務(wù)，或者說(shuō)實(shí)現(xiàn)與地面特定需求相應(yīng)的功能。因此，航天器上必定載有直接執(zhí)行有關(guān)航天任務(wù)的儀器、設(shè)備和系統(tǒng)，有的航天器還載有航天員、生物，它（他）們被稱為航天器的有效載荷或?qū)Ｓ孟到y(tǒng)。航天器的有效載荷因航天任務(wù)的不同而各異。有效載荷除了物質(zhì)性設(shè)備外，有時(shí)還有人或生物。物質(zhì)性的有效載荷主要有以下幾類：科學(xué)、試驗(yàn)設(shè)備，遙感設(shè)備，通信設(shè)備，導(dǎo)航設(shè)備等。有效載荷是航天器的主導(dǎo)成分，航天器的性質(zhì)和功能主要是由有效載荷來(lái)描述的。

光合作用示意圖

登月生物有講究

由于“罐子”里資源有限，就要求里面的動(dòng)植物不能占用過(guò)多空間。那些能登上月球的動(dòng)植物就需要滿足特定的條件。首要條件就是“個(gè)子小”。其次，由于月球上沒(méi)有大氣傳遞熱量，晝夜溫差大，在太空艙內(nèi)溫度控制在 30～60℃，“罐子”內(nèi)溫度控制為最低-10℃，因此要求動(dòng)植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。

土豆是大家熟悉的食物，很有可能是以后太空的主食。這次選擇的土豆是特別培育的“小個(gè)子”品種。擬南芥開(kāi)花周期短，從發(fā)芽到開(kāi)花只需 1 個(gè)月，是很好的實(shí)驗(yàn)用模式植物，因此把承擔(dān)在月球開(kāi)出第一朵花的任務(wù)交給了它。

動(dòng)物蟲(chóng)卵將在生態(tài)圈中完成蟲(chóng)卵孵化、幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的完整生命周期。

土豆可能是未來(lái)太空的主食

溫度控制有難度

此次嫦娥四號(hào)所抵達(dá)的月球背面距地球38萬(wàn)千米。月球環(huán)境真空，白天溫度能達(dá)到100多攝氏度，夜晚零下100多攝氏度，加上微重力、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、高能粒子沖擊等，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)不小的困難。

科普載荷“月面微型生態(tài)圈”的難點(diǎn)在于溫度的控制和能源的供給。因?yàn)樘张摬粫?huì)給“罐子”供電，因此需要自己解決能源問(wèn)題。為了讓“罐子”里溫度恒定，科學(xué)家們給“月面微型生態(tài)圈”穿上保溫服并裝了空調(diào)。但這個(gè)空調(diào)不是普通的空調(diào)，是應(yīng)用重慶大學(xué)在建筑溫控上的優(yōu)勢(shì)研制出的新型空調(diào)。利用太陽(yáng)能電池就能進(jìn)行溫度控制，保證“月面微型生態(tài)圈”以及照相機(jī)等一些耗電器材的工作。

從發(fā)射準(zhǔn)備到飛行登月，中間大約會(huì)有兩個(gè)月時(shí)間。為了讓動(dòng)植物不在途中就開(kāi)始生長(zhǎng)，科學(xué)家們進(jìn)行了大量相關(guān)試驗(yàn)，以保證動(dòng)植物在旅途中沉睡，到達(dá)月球后再被喚醒。發(fā)射后不能人為遙控操作，只能通過(guò)攝像頭和傳感器進(jìn)行觀測(cè)。屆時(shí)，他們將通過(guò)攝像頭觀測(cè)動(dòng)植物的生長(zhǎng)過(guò)程，用傳感器檢測(cè)里面的溫度，向全球直播。

據(jù)了解，這個(gè)科普載荷已歷時(shí)兩年多實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)今年年底發(fā)射。除重慶大學(xué)外，湖南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)等高校和企業(yè)也參與其中，涉及機(jī)械、控制、環(huán)境、生物、光學(xué)、能源等多學(xué)科交叉的多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，其中多項(xiàng)技術(shù)今后將用于民用。

在電影《火星救援》中，宇航員馬克獨(dú)自在火星，將居住艙變成火星土豆農(nóng)場(chǎng)，靠種土豆、吃土豆生存500天。美國(guó)大片里出現(xiàn)的這些場(chǎng)景，中國(guó)的科學(xué)家們正在將它一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，如果本次科普載荷成功，那也將意味著“月面微型生態(tài)圈”適合于所有地外星球并成為人類生存的基礎(chǔ)。

電影《火星救援》中，與隊(duì)友失聯(lián)的宇航員馬克，在火星上靠種土豆、吃土豆生存下來(lái)，最終等來(lái)了救援