中国于2019年在月球上建立了一个微型农场，它是怎么做到的？

黄俊琼

中国的嫦娥四号着陆器在月球表面。信用:CNSA/CLEP

（）据《今日宇宙》（马特·威廉姆斯）：2019年1月3日，中国的嫦娥四号着陆器在月球的远端着陆，并部署了玉兔号火星车。除了许多仪器之外，漫游者还携带了一项重要的科学实验，称为生物实验载荷(BEP)。在接下来的八天里，这个有效载荷进行了一项重要的实验，试图在月球上种植第一批植物。有效载荷中包括棉花、马铃薯、拟南芥和油菜籽，以及苍蝇卵、酵母和18毫升(0.6液体盎司)的水，水保持在恒定的大气压下。

这项实验的结果将有助于为未来的生物再生生命支持系统(BLSS)提供信息，这将证明对近地轨道以外的栖息地和飞行任务至关重要。来自中国的一个科学家小组最近发布了一项研究，该研究回顾了这项实验、其结果及其对未来月球、火星和其他深空探测任务的潜在影响。正如他们得出的结论，实验证明，尽管有强烈的辐射、低重力和长时间的强光，植物仍可以在月球上生长。

该团队由来自空间探索中心、航天工程学院、重庆大学块茎和块根作物生物学和遗传育种重点实验室、中国电子科技大学和成都中国农业科学院空间生物学实验室的研究人员组成。

他们的分析结果分别发表在6月20日的《微重力科学与技术》和10月17日的《航天学报》上。

出于许多原因，在月球、火星和太空栖息地种植植物是必不可少的。除了提供营养来源和减少再补给任务的需要，它们还将去除二氧化碳和提供新鲜氧气，帮助回收废物，并有助于机组人员的幸福感。传统的环境控制和生命支持系统(ECLSS)依赖于最终会损坏并需要更换的机械部件，而生物再生系统可以随着时间的推移自我补充。

这使得BLSS技术成为深空任务的理想选择，在那里补给的机会很少。多年来，宇航员在国际空间站(ISS)上进行了涉及植物生长和藻类的实验——如蔬菜生产系统(Veggie)、被动轨道营养输送系统(PONDS)、高级植物栖息地(APH)和植物栖息地航空电子实时管理器(PHARM)。然而，仍然不确定地外天体的自然环境将如何影响BLSS的功能。

第一作者谢更新是重庆大学空间探索中心的环境工程教授，也是BEP的首席设计师。正如他通过电子邮件向《今日宇宙》解释的那样，在太空培育植物的能力是在地球以外建立基地的必要一步:

“在月球、火星和其他地外行星上建立生存基地时，不可能从地球上运送更多的东西。就地利用资源生产氧气和食物的需求尤为重要，是建立生存基地的第一步，因此植物种植实验非常重要。”



2019年1月7日从地球控制实验内部拍摄的图像。学分:CNSA/重庆大学

第一个生物实验

由重庆大学开发的BEP有效载荷是人类在月球远端进行的第一次生物实验。该实验的目的是评估月球表面条件(低重力、强辐射和强光)对地球生物生长和健康的影响。有效载荷重2.608千克(5.75磅)，高198毫米，直径173毫米(7.75×6.8英寸)，总体积为0.82升和0.42升生物活动空间。阳光通过导管进入，让里面的植物进行光合作用。

这六个组成部分构成了生产者、消费者和分解者，是一个正常运转的生态系统所必需的所有要素。植物通过光合作用产生氧气和养分，并由果蝇维持。与此同时，酵母将充当分解剂，处理苍蝇和死亡植物的废物，为生态系统创造额外的营养。正如谢所说，这次实验是同类实验中的第一次，旨在解决科学家对月球环境的担忧:

“在我们的实验之前，许多科学家担心植物在月球强烈的光照强度和强烈的辐射条件下无法发芽，所以我们特意利用月球上的自然阳光进行光合作用，而不是人造光。与此同时，我们的生物有效载荷并不是为了防辐射而设计的，这证明了植物仍然可以在月球的强烈辐射条件下生长。”

在着陆器到达表面的几个小时内，生物圈的温度被调整到24摄氏度(75.2华氏度)，种子被浇水。1月15日，据报道，棉籽、油菜籽和马铃薯种子已经发芽，BEP内部的图像也被公布。

“这个有效载荷中有动物、植物和微生物，在一个封闭的环境中创造了一个微生态系统，”谢更新当时说。“我们把太阳光引导到铁皮内部，比地球上强多了。我们将研究它们在强烈阳光下的光合作用，并与地球上的实验进行对比。”



《CNSA伙伴关系指南》中的ILRS形象(2021年6月)。信用:CNSA

结果

第二天，随着月夜的到来，实验进入了一个新的阶段，外部温度降至零下52摄氏度(-62华氏度)，实验未能保持舒适的温度。随着温度持续下降，最终达到零下190摄氏度(-310华氏度)，实验继续测试BEP的寿命。最终，据报道，发芽的植物已经死亡，土豆未能发芽，果蝇未能孵化。实验的总运行时间是9天，而不是计划的100天。但正如谢所表示的那样，获得了有价值的情报。Xi说:

“虽然我们的植物可以在月球的自然阳光和辐射条件下生长，但这些植物的安全性尚未得到评估。是否健康还需要进一步研究。我们的实验也展示了在月球上生存有多难，如何度过月夜。我们首次在月球上为人类进行的生物实验充分证明，可以在月球上建立再生生态系统，建立人类基地。”

展望未来，谢和他的同事们计划进行进一步的实验，包括稳定的熔岩管，中国也在考虑作为一个潜在的基地。“我们首次将地球上的6个物种送到月球上进行生物实验，这为在月球上建立人类生存的基地奠定了重要的里程碑，”他说。“我们团队现在正在进行如何利用月球熔岩管洞穴建立人类基地和太空农场实验的研究。”

在不到两年的时间里，美国宇航局计划自阿波罗时代以来首次将宇航员送上月球。中国希望通过在2030年前将第一批宇航员送上月球的南极地区来做同样的事情。这些机构和其他机构(如欧空局、Roscosmos和印度空间研究组织(ISRO))的长期目标无非是在月球上建立一个永久性的人类前哨，使研究、探索、国际合作和深空任务成为可能。这其中的一个重要方面就是利用当地资源来满足船员的需求。

确保稳定的食物供应、可呼吸的空气和船员健康(身体和精神)的最好方法之一是建造可以容纳温室和植物实验的栖息地。简而言之，宇航员必须带着地球生物圈的元素在外星环境中生活、工作和繁衍。这项研究的教训将有助于为任何打算跟进的人铺平道路。