把科幻做成科學(xué)的女科學(xué)家

董海霞（北京）

進(jìn)軍地外生存生命保障系統(tǒng)

一座名為“月宮一號”的白色圓頂建筑，靜靜地佇立在北京航空航天大學(xué)校園一角。這是一個(gè)能與地球媲美的“微型生物圈”。由一個(gè)綜合艙和兩個(gè)植物艙組成，總面積160平方米、總體積500立方米，可循環(huán)再生人類生存所需的氧氣、水和食物。整個(gè)系統(tǒng)可滿足四人長期高閉合度的生命保障需求，開展各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。

走進(jìn)這座神秘的建筑，透過植物艙舷窗望去，一排排架子排列井然;在LED燈的照射下，架子上的植物綠意盎然，間或點(diǎn)綴著紅色或黃色的果實(shí)……

自2013年以來，北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授劉紅，每天都帶著學(xué)生在里面緊張地忙碌著……

“我最大的夢想，就是讓人類無論是在荒漠、極地，還是外太空，都能很好地生存。”為了這個(gè)夢想，劉紅數(shù)十年如一日，緊張地忙碌著。

2003年，我國的航天事業(yè)翻開了嶄新的一頁，神舟五號載人飛船成功發(fā)射并返回。由此，一個(gè)問題擺在了科學(xué)家面前：在近地軌道，宇航員賴以生存的物資可全部攜帶;如果人類進(jìn)行更長時(shí)間、更遠(yuǎn)距離的太空探索，靠攜帶供給，或由地面補(bǔ)給，費(fèi)用昂貴且技術(shù)上難實(shí)現(xiàn)。

這一難題該如何解決？

“地外生命保障系統(tǒng)”。一個(gè)新的研究方向在劉紅腦海中一躍而出。

“在當(dāng)時(shí)看來，這是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢。很多人不理解，覺得還只是科幻。”劉紅卻說：“科學(xué)家就是要關(guān)注10年、20年乃至百年后的技術(shù)需求。放眼國際，一些國家已陸續(xù)開展相關(guān)研究，中國人要在這個(gè)領(lǐng)域做出更多貢獻(xiàn)，甚至成為國際領(lǐng)先。”

數(shù)百年來，人類對地外星體的探索熱情，從未熄滅過。劉紅說她“時(shí)刻準(zhǔn)備著，為進(jìn)入外太空的人類提供足夠的生命補(bǔ)給。”

憑著這股勁兒，在前蘇聯(lián)“人—植物”的“兩生物鏈環(huán)”地外生命保障系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，劉紅打造了“人—植物—?jiǎng)游铩⑸铩钡摹八纳镦湱h(huán)”。

從“二”提升到“四”，絕不只是數(shù)字的變化。要解決的，有供人食用的“動(dòng)物蛋白”問題，還有負(fù)責(zé)廢物處理的“微生物”問題——這是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的兩個(gè)技術(shù)難題。

月宮一號艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過反復(fù)研究、實(shí)驗(yàn)，劉紅團(tuán)隊(duì)在1000多種可食用昆蟲中，精選出富含蛋白質(zhì)的黃粉蟲;在種類眾多的微生物中，找到生存在寒冷山洞或極熱高溫地帶、在人體體溫條件下無法生存的微生物。技術(shù)難點(diǎn)由此突破。

從夢想到勝利

2018年5月15日，這個(gè)看似平凡的日子，不僅在女科學(xué)家劉紅的生命里留下重重一筆，在中國探索地外生命保障系統(tǒng)史上也是一座里程碑。

上午9時(shí)許，備受關(guān)注的“月宮一號”緩緩開啟艙門，4位志愿者微笑著走出“月宮”，手里還拿著親手種植的大豆、小麥、胡蘿卜、西紅柿、草莓等。

在經(jīng)歷了370天的“月宮”生活后，此次在“月宮一號”內(nèi)進(jìn)行的世界時(shí)間最長、閉合度最高的模擬實(shí)驗(yàn)“月宮365”獲得圓滿成功。

“月宮一號”從一個(gè)人到一支隊(duì)伍，從一間辦公室到一個(gè)實(shí)驗(yàn)空間，從一個(gè)夢想到一次偉大的勝利。這個(gè)跨越，用了整整10年。

劉紅教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究始于2004年，2013年10月研制成功，2014年就完成了持續(xù)105天的我國首次長期高閉合度集成試驗(yàn)，標(biāo)志著我國成為了繼俄羅斯、美國之后，第三個(gè)掌握了該技術(shù)的國家，也標(biāo)志著世界上首個(gè)由“人——?jiǎng)游铩参铩⑸铩睒?gòu)成的四生物鏈環(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)的成功建立。

據(jù)劉紅教授介紹：“365+5天的世界上時(shí)間最長的“月宮365”實(shí)驗(yàn)，閉合度水平超越了月宮團(tuán)隊(duì)2014年創(chuàng)造的世界紀(jì)錄，達(dá)到了98%?！?/p>

為期370天，系統(tǒng)閉合度高達(dá)98%，只有2%的外部供給，其余均為系統(tǒng)內(nèi)自給自足、循環(huán)再生，這為極端條件下人類的生命補(bǔ)給提供了可能，也標(biāo)志著我國在生物再生生命保障技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到世界尖端。

目前，實(shí)驗(yàn)雖取得巨大突破，但仍停留于地面試驗(yàn)。讓生命保障系統(tǒng)真正適應(yīng)地外環(huán)境，還需進(jìn)一步研究在空間環(huán)境下，如月球、火星表面以及微重力條件下的相關(guān)表現(xiàn)，通過對比來獲得矯正參數(shù)和矯正模型。

劉紅團(tuán)隊(duì)一邊等待可以將生命保障系統(tǒng)帶到地外環(huán)境測試的合適機(jī)會，一邊拓展系統(tǒng)在地面極端條件下的應(yīng)用性?！氨热?，在高原、極地、島礁、深海、深地等具有重要國防或科研價(jià)值的極端環(huán)境，或者應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)與生態(tài)科學(xué)研究當(dāng)中。目前，青海無人區(qū)的一個(gè)在建科考站，正委托我們?yōu)槠渑鋫渖Ｕ舷到y(tǒng)?！眲⒓t說。

“做科研，要有科學(xué)家的精神與追夢人的情懷?！边@是她對學(xué)生最常說起的一句話。

在劉紅看來，科研與科幻有類似之處，想人之不敢想，想人之未曾想。但相比于科幻的驚心動(dòng)魄，科研更像是一個(gè)細(xì)水長流的過程。一輩子把科幻做成科學(xué)，她躬耕不輟……

夢想源于責(zé)任

粉色燈光背景，一個(gè)種滿植物的密閉艙，一名志愿者正在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)——這幅照片，曾在2017年同“北美日全食”等一道入選英國《自然》雜志年度最佳科學(xué)圖片。照片的背景就是“月宮一號”。

時(shí)間回溯至2004年。劉紅團(tuán)隊(duì)從一個(gè)人、一張桌開始，零起步系統(tǒng)開展生物再生生命保障系統(tǒng)理論和技術(shù)研究。在這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到空間之前，需要構(gòu)建地基模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，建立系統(tǒng)集成理論，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控技術(shù)研究。中間有太多需要耐得住寂寞、克服困難的時(shí)刻，也有不少需要豁得出去、殺伐決斷的時(shí)分。

2009年到2010年間，劉紅團(tuán)隊(duì)在小場地里能做的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成，需要一個(gè)升級版的大場地做系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。放眼自己所在的學(xué)院，連幾平米都難尋，校園場地也并不寬裕。劉紅跟同事商量，想了個(gè)主意。

在一次跟校長同事們走訪俄羅斯時(shí)，她提前打印了厚厚十幾份方案PPT，沉甸甸放進(jìn)書包，時(shí)刻背著，就等那個(gè)恰好時(shí)機(jī)，把數(shù)年成果和當(dāng)下最直接的困難呈現(xiàn)給校長同行。左等右等，直到從莫斯科飛西伯利亞前幾個(gè)小時(shí)，機(jī)場路大堵車的時(shí)間，在大巴車?yán)?，劉紅把一份份PPT分發(fā)了出去，向大家介紹她的想法方案……

當(dāng)時(shí)走訪團(tuán)的行程就是去參觀俄羅斯的密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，北航校領(lǐng)導(dǎo)看到俄羅斯的裝備后贊嘆不已。劉紅鼓足勇氣跟校長說，“如果給我場地，我能做出比這個(gè)更好的！”

盡管當(dāng)時(shí)雄心勃勃，內(nèi)心里，劉紅也比較忐忑，但想到美國、俄羅斯等已經(jīng)在此領(lǐng)域前進(jìn)了一大步，她覺得中國決不能落后，也要迎頭趕上，最好超越他們。

恰逢俄羅斯一位與劉紅合作多年的院士，也添了把柴，“在中國挑合作伙伴，我就認(rèn)可劉紅老師?！碑?dāng)時(shí)兼任現(xiàn)場俄語翻譯的劉紅，也沒好意思把這直白的贊美翻譯出來……

不過回來之后，場地問題的解決被納入日程。最終，在北航新主樓西側(cè)，神秘的“月宮一號”拔地而起。

2013年10月，劉紅團(tuán)隊(duì)集成取得的理論和技術(shù)，研制出地基綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)“月宮一號”，當(dāng)時(shí)包括一個(gè)綜合艙和一個(gè)植物艙，總面積100平方米，總體積300立方米，可滿足3人生命保障需求。

2014年成功完成3人105天長期密閉實(shí)驗(yàn)，演示驗(yàn)證了所建立的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行調(diào)控技術(shù)的可行性，這標(biāo)志著我國從無到有建立了自主知識產(chǎn)權(quán)的外太空長期生存核心技術(shù)——空間生物再生生命保障技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)成功后，劉紅說自己體會到生命中“極大的滿足感”，“那一刻，覺得這一生過得真值。”

但帶來滿足感的美妙，未停止在此。2018年第二次進(jìn)階性實(shí)驗(yàn)的圓滿完成，帶給劉紅的，除了眾多待解的新數(shù)據(jù)和新課題，還有一種實(shí)實(shí)在在的民族責(zé)任感和科學(xué)家的使命感。

劉紅說，未來希望微型化的“月宮一號”可以在月面、火星表面開展小型生物再生生命保障系統(tǒng)試驗(yàn)，通過天地對比分析，獲得矯正參數(shù)和模型，為未來應(yīng)用于人類探測月球、火星打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

30年磨一劍

把科幻當(dāng)成科學(xué)，不是一時(shí)沖動(dòng)，也并非心血來潮。

對劉紅來說，這一壯舉，是涵養(yǎng)30年，歷時(shí)20年，一朝夢圓的完美結(jié)局。

兒時(shí)就喜歡看月亮、數(shù)星星的劉紅并未想到，自己一輩子會從事和星空有關(guān)的研究。

1983年劉紅面臨高考，家人想讓她讀個(gè)路徑明確的醫(yī)科，但看起來很乖巧安靜的劉紅，竟然要去讀環(huán)境保護(hù)。一方面她覺得這個(gè)專業(yè)很“酷”，另一方面，“喜歡干凈。就是想要改變家鄉(xiāng)垃圾隨意堆、污水遍地潑的狀況。”

因?yàn)樾r(shí)候前蘇聯(lián)電影看了不少，高考時(shí)外語就選了俄語，更因?yàn)閷W(xué)術(shù)基本功扎實(shí)，1989年，劉紅獲得公派去莫斯科大學(xué)留學(xué)的機(jī)會，以“環(huán)境保護(hù)和自然資源合理利用”為研究方向。

當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)正處在動(dòng)蕩和變化中，環(huán)境中交織著各種前所未見的元素，每個(gè)身處在那個(gè)環(huán)境的人，都在重新定位自己的選擇和方向。來自不同國家的留學(xué)生，有的暫停學(xué)業(yè)開始“帶貨”做生意，有的開始重新思考研究方向……劉紅并非沒有感受到外在誘惑和沖擊，不過她幾乎就“沒往那些地方想過”。

老老實(shí)實(shí)地做好本分，踏踏實(shí)實(shí)地做好學(xué)問，是她一貫的作風(fēng)。劉紅兼職也只做耗時(shí)長報(bào)酬少的學(xué)術(shù)翻譯，“因?yàn)閲夜晌覀兂鰜?，就是想讓我們學(xué)到真本領(lǐng)，不想辜負(fù)這種期望?！?/p>

她說自己當(dāng)時(shí)沒有什么宏大計(jì)劃想法，只是單純要對的起國家對留學(xué)生的付出和期待。她甚至還記得當(dāng)時(shí)國家給公派留學(xué)生“置裝費(fèi)”的往事，“這種對于學(xué)子事無巨細(xì)的關(guān)照，怎么能辜負(fù)？”

這段莫斯科留學(xué)經(jīng)歷，除考驗(yàn)了劉紅的學(xué)術(shù)定力，還找到了方向——讀博期間，劉紅曾在一個(gè)咸水湖做過調(diào)研。受人類活動(dòng)的影響，這個(gè)原本的淡水湖水源越來越少，加上半沙漠地區(qū)蒸發(fā)量高、降水量少，最終變成了接近海水的咸水湖。刮起風(fēng)來，“鹽沙塵暴”肆虐，很多良田變成鹽堿地。

調(diào)研結(jié)束后，劉紅堅(jiān)定了將研究生命保障系統(tǒng)作為志業(yè)的決心，“地球生物圈就是人類的生命保障系統(tǒng);盡管它很龐大，但也很脆弱。如果不愛護(hù)，也可能會消亡。研究保護(hù)地球生命保障系統(tǒng)，十分必要?！?/p>

1994年在莫斯科大學(xué)拿到博士學(xué)位后，劉紅回國，先后在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和北京師范大學(xué)工作，研究范圍包括農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城市污染處理技術(shù)，而這些側(cè)重點(diǎn)的不同，也恰好對應(yīng)了“月宮一號”中對于循環(huán)再生各個(gè)環(huán)節(jié)的需求。

直到最終落腳北京航空航天大學(xué)，劉紅正式推開了地外生命保障系統(tǒng)研究的大門?！耙原h(huán)境保護(hù)為出發(fā)點(diǎn)，以構(gòu)建人類生命保障系統(tǒng)為落腳點(diǎn)——我30多年的科研歷程，如同安排好了一般。回首凝望，走過的每一步，都是對未來的積淀?！?/p>

“月宮365”實(shí)驗(yàn)，對于艙內(nèi)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)者而言，壓力不言而喻。他們每天都有任務(wù)在身，早上7點(diǎn)到晚上7點(diǎn)均有規(guī)定日程，休息時(shí)間也有一定要求，活動(dòng)場地受限。對于他們的心理狀態(tài)，劉紅想得周密，在“月宮一號”監(jiān)控室，劉紅組織團(tuán)隊(duì)成員值班，24小時(shí)值守，陪伴志愿者，“陪伴就是一種支持和鼓勵(lì)”。

2018年年初的春節(jié)，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員和艙內(nèi)志愿者一起堅(jiān)守科研任務(wù)，過大年，還細(xì)心地同大家在“月宮”內(nèi)外同步包上了餃子。

而其實(shí)，月宮這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)本身，也絕非僅僅是生物、數(shù)學(xué)、物理、環(huán)境等科學(xué)學(xué)科的簡單集成。對每一個(gè)志愿者生活細(xì)節(jié)的考慮，對于他們心理情緒變化的把握，都需要一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)細(xì)推敲琢磨。實(shí)驗(yàn)期間，劉紅幾乎每天都會出現(xiàn)在監(jiān)控室，她時(shí)而是“蒙娜麗莎的笑”，時(shí)而是教授的緊縮眉頭，時(shí)而是舒展的按部就班，那些表面平靜下內(nèi)心的細(xì)密潮涌、緊張、焦慮，就自己一人，慢慢消化。

“月宮讓我體會到，有些很簡單的東西，其實(shí)又不那么簡單。比如我們呼吸的空氣構(gòu)成，為什么總是能恒定的氧氣含量呢。日常我們不會考慮這些貌似很簡單的東西，真到了要思考生存、搭建生命保障體系的時(shí)候，就會再鄭重地考慮這些簡單的不簡單?！痹趧⒓t看來，科學(xué)工作者，就是要做永遠(yuǎn)思考不停的有心人。

如今，“月宮365”實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束一年有余。劉紅的日常，依舊被“月宮一號”填滿。團(tuán)隊(duì)也緊密“圍繞”在“月宮一號”周圍，繼續(xù)緊張?zhí)幚磉^去實(shí)驗(yàn)取得的大量數(shù)據(jù)和新的延伸項(xiàng)目。

她已經(jīng)和“月宮一號”緊緊連在了一起?？茖W(xué)家最好的標(biāo)簽，永遠(yuǎn)是他/她的研究成果。

敢為人先，也為劉紅團(tuán)隊(duì)帶來數(shù)不勝數(shù)的表揚(yáng)鼓勵(lì)：“2014北京榜樣”特別獎(jiǎng)，“新中國65年十大引智成果”之一，2015年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”，2019年“中國青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”……個(gè)個(gè)分量十足。

認(rèn)真履職的好“社員”

1996年，劉紅加入九三學(xué)社。談及因由，多半還是實(shí)誠?！耙?yàn)槲矣X得九三學(xué)社民主、科學(xué)的精神我真正能夠領(lǐng)悟，也真正有信心踐行的。能做到的，我去做?！本湃脚_給了劉紅另一方天地，九三學(xué)社北航支社主委的經(jīng)歷給了她許多做好參政議政、社會服務(wù)、組織建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)。

在九三學(xué)社多層組織和北航的支持下，劉紅參與科普事業(yè)也越來越有心得，近幾年更是樂在其中。她編著出版的面向大中小學(xué)生的《太空生存》科普書籍，在月宮一號為小學(xué)生、中學(xué)生講解生命保障系統(tǒng)的脈絡(luò)構(gòu)成……

這種傳播科學(xué)中一個(gè)理念，傳達(dá)一種科學(xué)意識，甚至是表現(xiàn)一種科學(xué)感覺的活兒，劉紅樂在其中。一次去上海為小朋友做的科普活動(dòng)上，一個(gè)“小豆丁”一直主動(dòng)去摸劉紅的手，大概只是想確定“科學(xué)家是真的”這件事，劉紅回想起來心還是暖融融。

這件事也讓劉紅意識到，具象的科學(xué)家對于幼小孩童可以形成的溫柔沖擊，“幫他們種下一顆小小的科學(xué)種子”?！八钥破者@件事，是將知識深入淺出的輸出過程，也是一種深刻強(qiáng)烈的情感回饋?！?/p>

這是劉紅的專業(yè)，是劉紅的細(xì)膩，也是她的真實(shí)。

自從當(dāng)選為北京市政協(xié)委員，海淀區(qū)政協(xié)常委以后，劉紅多了建真言獻(xiàn)良策的寬闊渠道。未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不經(jīng)一用，未經(jīng)實(shí)踐的論據(jù)不值一提，劉紅用做好科學(xué)的方法來做提案，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)和論據(jù)為建言做基礎(chǔ)。這兩年，事關(guān)科學(xué)，關(guān)于科普教育，關(guān)于北京市科技管理、項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)限等，劉紅依據(jù)切身體會，也講了很多。這件事從發(fā)端來說，也是一種責(zé)任感——“被信任所以才有這種身份，所以不能辜負(fù)那些等著你發(fā)聲的人?！?/p>