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2013年12月18日09:36 | 中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng) www.chinagate.cn | 給編輯寫(xiě)信 字號(hào)：T|T

高輻射和微重力極難模擬

但如何讓綠色植物在殘酷的月球環(huán)境里生長(zhǎng)，忍受從零下175攝氏度到零上120攝氏度巨大溫差，忍受長(zhǎng)達(dá)十幾天的漫漫黑夜，以及微重力等環(huán)境？

這些即將承擔(dān)大任的植物，需要滿(mǎn)足一系列在狹小、密閉、微重力、超真空、強(qiáng)輻射的空間環(huán)境生存特點(diǎn)，還要能發(fā)揮食物生產(chǎn)、大氣再生與凈化、水分再生與凈化和廢物處理與再生等一種或幾種作用。

植物是整個(gè)生保系統(tǒng)的核心部分，篩選的植物合適與否在很大程度上決定著試驗(yàn)的成敗。

那些體積小、培養(yǎng)技術(shù)簡(jiǎn)單、易于繁殖和移植，遺傳性狀穩(wěn)定、生長(zhǎng)快、周期短、產(chǎn)量高、可食部分比值高，抗病和抗逆性強(qiáng)的植物優(yōu)先被挑選，科學(xué)家還注意到，主要作為食物的它們，要符合人們的飲食文化習(xí)慣，并能滿(mǎn)足食譜的多樣化，還要具備一些本國(guó)特點(diǎn)。

微生物領(lǐng)域的金針菇、平菇、酵母菌，藻類(lèi)中的螺旋藻、小球藻等，還有研究中我國(guó)首次引入的水生蕨類(lèi)植物紅萍成為科學(xué)家選中的第一批實(shí)驗(yàn)者。

研究初期，歐美各國(guó)均把目標(biāo)集中在葉菜類(lèi)上，希望為宇航員提供新鮮蔬菜，實(shí)驗(yàn)中生菜成為外國(guó)科學(xué)家的最?lèi)?ài)。

我國(guó)也把目標(biāo)集中在葉菜類(lèi)上。1997年，我國(guó)航天醫(yī)學(xué)工程研究院聯(lián)合中科院的多家研究所進(jìn)行了植物選育，從十幾種葉菜類(lèi)蔬菜中選出生菜、油菜、白菜和豌豆苗，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其中更符合我國(guó)人口味的油菜和白菜被認(rèn)為是非常理想的“太空食品”。而豌豆幼苗則勉強(qiáng)通過(guò)了密閉環(huán)境的考驗(yàn)。

聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)結(jié)論中不無(wú)擔(dān)憂(yōu)：“這些通過(guò)地面實(shí)驗(yàn)或短期空間搭載實(shí)驗(yàn)篩選出的物種，是否確實(shí)可行，還必須進(jìn)一步通過(guò)大量地面模擬和空間飛行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”。

上月底，英國(guó)《新科學(xué)家》周刊網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)航天局正在開(kāi)發(fā)一個(gè)含有5天空氣用量的密封種植罐，罐內(nèi)的植物種子可以在浸泡過(guò)營(yíng)養(yǎng)液的過(guò)濾紙上發(fā)芽。這個(gè)重1公斤的小“溫室”將成為某次不載人的登月行動(dòng)中的一個(gè)付費(fèi)搭載項(xiàng)目，行動(dòng)很可能計(jì)劃于2015年底由月球捷運(yùn)公司完成。

這次行動(dòng)成為人們對(duì)真正的植物在月球上生長(zhǎng)最切近的期盼，受限于航空器的空間和重量限制，我國(guó)實(shí)驗(yàn)室里的植物還沒(méi)有登上月球的福利。

“因?yàn)樵虑蚋咻椛浜臀⒅亓Φ沫h(huán)境在地球上極難模擬，目前地面實(shí)驗(yàn)只是在做生命保障系統(tǒng)的封閉性物質(zhì)循環(huán)實(shí)驗(yàn)上完善。”劉紅介紹說(shuō)，但十年前，俄羅斯就在國(guó)際空間站建成了“空間溫室菜園”，20余次植物培養(yǎng)試驗(yàn)培養(yǎng)了甜豆、番茄、小麥和生菜等多種植物。

“月宮一號(hào)”種蔬菜、糧食、水果

36平米的植物艙內(nèi)，高亮度的紅光照射在在翠綠的生菜、油麥菜、紫背天葵、苦菊4種可食用蔬菜上，30多歲的試乘員唐永康、米濤呼吸著蔬菜提供的氧氣，每餐還親手采摘30-50克新鮮蔬菜充饑，“這些蔬菜在進(jìn)艙前已培養(yǎng)好，新鮮采摘后涂抹甜辣醬后美美地生吃，但兩人根本吃不完36平米的蔬菜。”他們出倉(cāng)后總結(jié)。

這一幕出現(xiàn)在去年中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心主持開(kāi)展的2人30天B LSS集成技術(shù)試驗(yàn)成功后。經(jīng)過(guò)近20年單項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，我國(guó)逐步拉近與國(guó)外的研究差距，建成了BLSS集成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

“試驗(yàn)突破了‘人-植物’氧氣和二氧化碳交換動(dòng)態(tài)平衡調(diào)控技術(shù)和微生物廢水綜合處理與循環(huán)利用等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，大氣、水和食物的閉合度分別達(dá)到100%，901%和10 .4%，并證明種植面積為13.5平方米的共生蔬菜能夠提供1人的呼吸用氧，并能清除其呼出的二氧化碳，試驗(yàn)期間保持了良好的空氣質(zhì)量。”參與實(shí)驗(yàn)的中國(guó)航天員中心載人航天環(huán)控生保室主任郭雙生撰文總結(jié)道。

郭雙生在今年6月的《航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程》中介紹，中國(guó)航天員中心先后研制成三代空間站植物裝置地面樣機(jī)，并進(jìn)行了充分的地面驗(yàn)證考核，正等待時(shí)機(jī)進(jìn)行空間在軌驗(yàn)證。

各國(guó)科學(xué)家研究月球種植物的初始，都是在地面營(yíng)建模擬月球環(huán)境的實(shí)驗(yàn)裝置。俄羅斯建成了世界上第一座用于研究BLSS的大型地基綜合實(shí)驗(yàn)裝置———B IO S系統(tǒng)，系統(tǒng)從藻類(lèi)培養(yǎng)到增加植物生長(zhǎng)艙，四年實(shí)驗(yàn)證明，氧氣完全能自給自足。

其后連續(xù)十年的升級(jí)實(shí)驗(yàn)表明，63平方米的植物種植面積使系統(tǒng)在氣體、水循環(huán)方面完全自給自足，并滿(mǎn)足3名實(shí)驗(yàn)人員約70%的食物需求。

“BIO S-3是迄今為止最成功的BLSS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它為后來(lái)其他國(guó)家開(kāi)展相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。”劉紅教授撰文評(píng)價(jià)說(shuō)，她曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了近10年的B LSS研究，上世紀(jì)90年代就在國(guó)內(nèi)首次完成了“人-萵苣——— 藻-蠶”地面小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

11月初，劉紅主持修建的“月宮一號(hào)”也得到了類(lèi)似的評(píng)價(jià)，在多國(guó)專(zhuān)家參觀(guān)了北京航空航天大學(xué)建立的空間生命保障人工閉合生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置———“月宮一號(hào)”后，認(rèn)為它“是目前世界上最先進(jìn)的生物再生生命保障地基綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之一，將對(duì)生物再生生命保障系統(tǒng)的研究發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。”

目前，“月宮一號(hào)”還披著神秘的面紗，“10月底剛剛?cè)堪惭b完成，目前剛開(kāi)始啟動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，我們將利用‘月宮一號(hào)’開(kāi)展有人密閉實(shí)驗(yàn)研究，建立具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、中國(guó)特色的月球基地B LSS技術(shù)。”劉紅說(shuō)，“月宮一號(hào)”將在2014年春節(jié)前后向公眾公開(kāi)。

劉紅透露，在寬闊的“月宮一號(hào)”，不僅種有蔬菜，還將有糧食和水果，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)人員的全部氣體、水和食物的需要。

BLSS技術(shù)雖然經(jīng)歷了50余年的發(fā)展歷程，但至今該技術(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。但美、德等國(guó)卻進(jìn)行了各種月球基地B LSS的概念設(shè)計(jì)：它建在月球南極常年光照的阿特肯盆地的山峰上，藏于月壤覆蓋的地下或半地下，全封閉的系統(tǒng)中，低壓接近1/2的地球海平面大氣壓，人和植物共同克服高真空、高輻射和隕石撞擊，植物的生長(zhǎng)保障著航天員長(zhǎng)期封閉生存和自給自足。

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