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揭秘嫦娥四號生物實驗:曾考慮搭載烏龜
更新時間:2019-2-27 8:59:41    來源:人民日報海外版 .

①月面示意圖。 ②手繪嫦娥四號生物科普實驗載荷示意圖。

謝更新手捧嫦娥四號生物科普實驗載荷留影。

  月球沿著橢圓形軌道,運行至近地點附近時就會讓人們覺得格外大而明亮,被稱為“超級月亮”。近日,適逢“超級月亮”當空,全球各地對其關注度顯著上升。而對很多中國人來說,抬頭仰望那輪“超級月亮”時除了欣賞贊嘆之外,還有發自心底的牽掛。因為就在那皎潔的明月之上,我們的嫦娥四號正在那里,經受著月夜超低溫的嚴酷考驗。

  月面環境是可怕的,白天最高溫度高近130攝氏度,最低則低于零下180攝氏度,無疑是生命的禁區。然而,嫦娥四號自月背軟著陸以來不僅頑強地“生存”下來,而且成功進行了一系列科學探測活動,其中包括進行了月面生物科普實驗,在那個絕世寂寥的天地間生長出第一片綠葉,創造了人類月球探測的歷史。

  近日,嫦娥四號生物科普實驗載荷的總設計師、教育部深空探測聯合研究中心副主任謝更新接受了本報專訪,揭秘了本次實驗背后鮮為人知的故事。

  ①旨在激發探索熱情和環保意識

  嫦娥四號生物科普實驗最早可追溯到2016年。彼時,國防科工局、教育部、中國科學院等聯合開展月球探測載荷創意設計征集活動。重慶大學聯合教育部深空探測聯合研究中心提出的“月面微型生態系統”設計方案從征集活動的眾多方案中脫穎而出,成為嫦娥四號搭載項目的中選方案。

  該研究中心掛靠重慶大學,依托重慶大學的科研平臺,開展深空探測領域研究。作為聯合研究中心核心成員之一,謝更新參與了征集活動,并在方案設計中起到特殊重要作用,他后來也因此被選拔為嫦娥四號生物科普實驗載荷總設計師。

  對載荷設計創意,謝更新回憶說:“時任聯合研究中心主任鐘志華鼓勵我們開拓思路,設計的實驗要既能推動學科發展,又能引起大眾關注宇宙的熱情和激發保護環境的意識。”我們設計團隊據此進行頭腦風暴,最終拿出了別具一格的月面生物實驗的方案。”

  在生物科普實驗載荷項目的準備過程中,載荷團隊遇到各種問題。他們憑借著航天精神,在實驗物種篩選、罐體工程設計、地面驗證試驗等方面,逐項解決問題。

  ②“我們還考慮過搭載烏龜!”

  嫦娥四號生物科普實驗載荷搭載了棉花種子、油菜種子、酵母和果蠅卵等。雖然種類并不多,但是把這幾類從眾多生物物種中選擇出來并不容易。謝更新介紹說,課題組為此花費了兩年時間,囿于各種因素的限制,期間,選取的物種更換了多次。

  蠶卵曾入選為本次實驗對象。謝更新解釋說,理由有兩條:一是人們對其熟識程度高。蠶可謂家喻戶曉,很多人可能還有養蠶經歷。與之相比,人們對果蠅或者酵母就顯得陌生。選蠶更有利于更好地做科普工作。二是文化內涵豐富。中國自古以來就以絲綢文明天下,古絲綢之路大大促進了東西方交往,今天的“一帶一路”倡議也源于此。此外,蠶吐絲、結繭、破繭成蝶象征著中華民族實現蝶變。然而,遺憾的是,由于客觀條件限制,載荷不具備蠶從破卵到成蝶的周期保障能力,蠶卵選項被迫取消了。

  謝更新透露,開始階段,工程約束性不是很大,課題組思路很開放,甚至考慮過搭載烏龜,寓意其與玉兔二號賽跑,彰顯中國文化色彩。但是由于尺寸、活動空間、氧氣的制約,烏龜也被放棄了。

  實驗科普團隊最終確定圍繞三大目標進行物種選擇。一是具有生物實驗意義,二是達到科普知識的目的,三是向世界展示中國重大工程技術能力和水平。最終入選的是“棉花種子、油菜種子、擬南芥種子、馬鈴薯、酵母和果蠅卵”。

  ③多方面多學科通力合作

  嫦娥四號生物科普實驗載荷匯聚了眾多部門科研人員的智慧,參與其中的,除了深空探測聯合研究中心實驗團隊、重慶大學的相關人員之外,還包括來自湖南大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、中國航天科技集團等高校團隊和企業團隊,領域涉及機械、控制、環境、生物、光學、能源等。

  “生物科普實驗不僅是項研究,而且是工程項目。要實現工程化,必須要凝聚幾個核心團隊。”謝更新教授表示。各專業團隊分工合作,做好自己承擔的工作。例如,位于山東省煙臺市的航天513所,在實驗載荷的整機工程化做出了重要貢獻。該所負責控制分系統中控制電路硬件研制、軟件編程、整機裝配及焊裝、熱控實施和部分環境試驗。接到任務后,513所迅速整合所內外資源,組織經驗豐富的技術骨干,開展產品研制。這也是該所繼神舟九號之后再一次在太空生物實驗領域的重要實踐。

  大工程更要出細活。實驗科普團隊在細節上下足了功夫。在載荷生物的采光方案上,謝更新說:“當時在載荷上有兩種方案,一種是使用白熾燈光,這種技術已經很成熟了;第二種是采用自然光,但是沒有現成的方案。我們考慮到這次載荷不僅僅只是想做一個太空生物研究而已。最重要的是向大眾普及生物學知識,比如說在月面的光合作用。所以在載荷上,我們花費了大量的時間和精力采用了特殊的裝置,以達到使用月面太陽自然光的目的,雖然難度大大增加,但意義更大。”

  ④豐富成果與國際社會共享

  嫦娥四號登陸月球背面是人類第一次,沒有詳細歷史數據可參考,也無經驗可借鑒。對于實驗載荷來說也是如此,團隊只能對月背環境進行分析預測,難免有誤差。為盡可能適應軟著陸后月背地面溫度,實驗團隊選擇了耐低溫的和耐高溫的6類生物。此舉被證明是非常有遠見的。傳回的數據顯示,軟著陸時,載荷內溫度達30多攝氏度,而此前預測的溫度是20攝氏度。喜溫耐熱的棉花種子順利完成了高溫下發芽生長的過程,摘下了“月球第一片嫩芽”的桂冠。

  受重量3千克的約束,載荷還需要包括罐體、水、土壤等必需品,所能承載的資源非常有限。對實驗載荷的圖像捕捉只能通過兩部傻瓜相機傳回的照片來實現。特殊的環境對相機在抗輻射、抗高低溫、抗震動、真空等方面提出了異常苛刻的要求,使得其功能盡可能簡單,比如沒有調焦等功能,也不能移動。

  謝更新透露說:“專家在分析兩部傻瓜相機拍攝傳回的照片時,高度懷疑其他種子也發芽了,果蠅卵也可能發育孵化了。但是圖片中只有棉花發芽是非常清楚的,所以經過審慎考慮,我們只對外公布確認了棉花種子發芽。雖然略有遺憾,但是載荷團隊仍然收獲頗豐。”

  謝更新說,實驗載荷團隊向公眾發布了數張實驗圖片,還有近400張正用于科學研究,揭示種子在微重力、高輻射、高真空、高溫差的特殊環境下,生長發芽的特點。

  “當然,這些數據是開放的,歡迎外國同行合作研究,為人類更好認識和利用月球環境創造條件。目前,歐美、中國都有建設月球基地的規劃,其中必然涉及生物活動。這次實驗是一次重要的數據和經驗技術的積累,為未來月球基地的建設奠定研究基礎。”謝更新最后表示。(賴 杰)

文章編輯:劉佳 
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揭秘嫦娥四號生物實驗:曾考慮搭載烏龜
2019-2-27 8:59:41    來源:人民日報海外版 .

①月面示意圖。 ②手繪嫦娥四號生物科普實驗載荷示意圖。

謝更新手捧嫦娥四號生物科普實驗載荷留影。

  月球沿著橢圓形軌道,運行至近地點附近時就會讓人們覺得格外大而明亮,被稱為“超級月亮”。近日,適逢“超級月亮”當空,全球各地對其關注度顯著上升。而對很多中國人來說,抬頭仰望那輪“超級月亮”時除了欣賞贊嘆之外,還有發自心底的牽掛。因為就在那皎潔的明月之上,我們的嫦娥四號正在那里,經受著月夜超低溫的嚴酷考驗。

  月面環境是可怕的,白天最高溫度高近130攝氏度,最低則低于零下180攝氏度,無疑是生命的禁區。然而,嫦娥四號自月背軟著陸以來不僅頑強地“生存”下來,而且成功進行了一系列科學探測活動,其中包括進行了月面生物科普實驗,在那個絕世寂寥的天地間生長出第一片綠葉,創造了人類月球探測的歷史。

  近日,嫦娥四號生物科普實驗載荷的總設計師、教育部深空探測聯合研究中心副主任謝更新接受了本報專訪,揭秘了本次實驗背后鮮為人知的故事。

  ①旨在激發探索熱情和環保意識

  嫦娥四號生物科普實驗最早可追溯到2016年。彼時,國防科工局、教育部、中國科學院等聯合開展月球探測載荷創意設計征集活動。重慶大學聯合教育部深空探測聯合研究中心提出的“月面微型生態系統”設計方案從征集活動的眾多方案中脫穎而出,成為嫦娥四號搭載項目的中選方案。

  該研究中心掛靠重慶大學,依托重慶大學的科研平臺,開展深空探測領域研究。作為聯合研究中心核心成員之一,謝更新參與了征集活動,并在方案設計中起到特殊重要作用,他后來也因此被選拔為嫦娥四號生物科普實驗載荷總設計師。

  對載荷設計創意,謝更新回憶說:“時任聯合研究中心主任鐘志華鼓勵我們開拓思路,設計的實驗要既能推動學科發展,又能引起大眾關注宇宙的熱情和激發保護環境的意識。”我們設計團隊據此進行頭腦風暴,最終拿出了別具一格的月面生物實驗的方案。”

  在生物科普實驗載荷項目的準備過程中,載荷團隊遇到各種問題。他們憑借著航天精神,在實驗物種篩選、罐體工程設計、地面驗證試驗等方面,逐項解決問題。

  ②“我們還考慮過搭載烏龜!”

  嫦娥四號生物科普實驗載荷搭載了棉花種子、油菜種子、酵母和果蠅卵等。雖然種類并不多,但是把這幾類從眾多生物物種中選擇出來并不容易。謝更新介紹說,課題組為此花費了兩年時間,囿于各種因素的限制,期間,選取的物種更換了多次。

  蠶卵曾入選為本次實驗對象。謝更新解釋說,理由有兩條:一是人們對其熟識程度高。蠶可謂家喻戶曉,很多人可能還有養蠶經歷。與之相比,人們對果蠅或者酵母就顯得陌生。選蠶更有利于更好地做科普工作。二是文化內涵豐富。中國自古以來就以絲綢文明天下,古絲綢之路大大促進了東西方交往,今天的“一帶一路”倡議也源于此。此外,蠶吐絲、結繭、破繭成蝶象征著中華民族實現蝶變。然而,遺憾的是,由于客觀條件限制,載荷不具備蠶從破卵到成蝶的周期保障能力,蠶卵選項被迫取消了。

  謝更新透露,開始階段,工程約束性不是很大,課題組思路很開放,甚至考慮過搭載烏龜,寓意其與玉兔二號賽跑,彰顯中國文化色彩。但是由于尺寸、活動空間、氧氣的制約,烏龜也被放棄了。

  實驗科普團隊最終確定圍繞三大目標進行物種選擇。一是具有生物實驗意義,二是達到科普知識的目的,三是向世界展示中國重大工程技術能力和水平。最終入選的是“棉花種子、油菜種子、擬南芥種子、馬鈴薯、酵母和果蠅卵”。

  ③多方面多學科通力合作

  嫦娥四號生物科普實驗載荷匯聚了眾多部門科研人員的智慧,參與其中的,除了深空探測聯合研究中心實驗團隊、重慶大學的相關人員之外,還包括來自湖南大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、中國航天科技集團等高校團隊和企業團隊,領域涉及機械、控制、環境、生物、光學、能源等。

  “生物科普實驗不僅是項研究,而且是工程項目。要實現工程化,必須要凝聚幾個核心團隊。”謝更新教授表示。各專業團隊分工合作,做好自己承擔的工作。例如,位于山東省煙臺市的航天513所,在實驗載荷的整機工程化做出了重要貢獻。該所負責控制分系統中控制電路硬件研制、軟件編程、整機裝配及焊裝、熱控實施和部分環境試驗。接到任務后,513所迅速整合所內外資源,組織經驗豐富的技術骨干,開展產品研制。這也是該所繼神舟九號之后再一次在太空生物實驗領域的重要實踐。

  大工程更要出細活。實驗科普團隊在細節上下足了功夫。在載荷生物的采光方案上,謝更新說:“當時在載荷上有兩種方案,一種是使用白熾燈光,這種技術已經很成熟了;第二種是采用自然光,但是沒有現成的方案。我們考慮到這次載荷不僅僅只是想做一個太空生物研究而已。最重要的是向大眾普及生物學知識,比如說在月面的光合作用。所以在載荷上,我們花費了大量的時間和精力采用了特殊的裝置,以達到使用月面太陽自然光的目的,雖然難度大大增加,但意義更大。”

  ④豐富成果與國際社會共享

  嫦娥四號登陸月球背面是人類第一次,沒有詳細歷史數據可參考,也無經驗可借鑒。對于實驗載荷來說也是如此,團隊只能對月背環境進行分析預測,難免有誤差。為盡可能適應軟著陸后月背地面溫度,實驗團隊選擇了耐低溫的和耐高溫的6類生物。此舉被證明是非常有遠見的。傳回的數據顯示,軟著陸時,載荷內溫度達30多攝氏度,而此前預測的溫度是20攝氏度。喜溫耐熱的棉花種子順利完成了高溫下發芽生長的過程,摘下了“月球第一片嫩芽”的桂冠。

  受重量3千克的約束,載荷還需要包括罐體、水、土壤等必需品,所能承載的資源非常有限。對實驗載荷的圖像捕捉只能通過兩部傻瓜相機傳回的照片來實現。特殊的環境對相機在抗輻射、抗高低溫、抗震動、真空等方面提出了異常苛刻的要求,使得其功能盡可能簡單,比如沒有調焦等功能,也不能移動。

  謝更新透露說:“專家在分析兩部傻瓜相機拍攝傳回的照片時,高度懷疑其他種子也發芽了,果蠅卵也可能發育孵化了。但是圖片中只有棉花發芽是非常清楚的,所以經過審慎考慮,我們只對外公布確認了棉花種子發芽。雖然略有遺憾,但是載荷團隊仍然收獲頗豐。”

  謝更新說,實驗載荷團隊向公眾發布了數張實驗圖片,還有近400張正用于科學研究,揭示種子在微重力、高輻射、高真空、高溫差的特殊環境下,生長發芽的特點。

  “當然,這些數據是開放的,歡迎外國同行合作研究,為人類更好認識和利用月球環境創造條件。目前,歐美、中國都有建設月球基地的規劃,其中必然涉及生物活動。這次實驗是一次重要的數據和經驗技術的積累,為未來月球基地的建設奠定研究基礎。”謝更新最后表示。(賴 杰)

文章編輯:劉佳 
 

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