嫦娥四号实现人类首次月面生物实验 重庆大学在月球上种植出第一株绿叶
2019-01-15 15:22:57 来源: 科技日报 作者: 雍黎
人类在月球上种植出植物的梦想已经实现！1月15日上午，重庆大学举办嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会，对外正式公布这一消息。
1月12日20点，随着嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷罐传回最后一张试验照片，显示罐内生长出的植物嫩芽长势良好。这表明在经历月球高真空、宽温差、强辐射等严峻环境考验后，人类首次月面的生物生长培育实验成功！
人类首次在月球开展生物生长试验
重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙介绍，经过近三年的努力，由教育部深空探测联合研究中心组织，重庆大学牵头承担研制的嫦娥四号任务生物科普试验载荷项目，在国家国防科工局探月与航天工程中心、教育部科技司和航天科技集团等单位与部门的大力支持与指导下，组织高校机械、生物、自动控制、环境工程、通信、材料等学科优势力量与航天有关科研院所紧密合作共同研制完成，该项目于2018年12月8日凌晨随嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心出征，是嫦娥四号任务中唯一一个由教育部高校研制、第一个登上月球系统级的航天器并着陆月球背面的科普载荷，该载荷也是人类首次在月球上开展生物试验。
科普，是本次载荷项目最基本也是最重要的使命。项目团队通过研究生物在月球低重力、强辐射、自然光照条件下动植物的生长发育状态，为人类今后建立月球基地提供研究基础和经验。
212.75小时的试验 月球长出人类种植的首株绿叶
生物科普试验载荷罐是一个高度密封的圆柱形抗压容器，由特殊铝合金材料制成， “罐子”直径173毫米，高198.3毫米，总重量共2.608公斤，由结构模块、热控模块、控制模块、导光模块、生物模块等组成，还有18毫升水，以及土壤、空气、热控以及两个记录生物生长状态的相机。
罐子虽然不大，不过搭载的“乘客”却不少。据了解，生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物，它们形成一个简单的微型生态系统。
2018年10月10日下午， 生物科普试验载荷罐在地面组装合盖。为了确保全过程无生物污染，所有生物装载操作均在严格无菌环境的超净工作台中进行。
2018年12月8日，生物科普试验载荷罐随着嫦娥四号探测器成功升空。
2019年1月3日23点18分，在经历发射和着落等阶段严酷的力学考验后，生物科普试验载荷于嫦娥四号登陆月球第一天加电开机，并启动主相机拍照。
2019年1月3日23点48分，在地面控制中心发送放水指令后，搭载的6种生物结束了休眠，进入生物月面生长发育模式。
2019年1月5日晚8点，地面接收数据显示生物科普试验载荷内种子已经发育为胚根。在随后传回的图片中，可以清晰地看到棉花种子率先发芽，长出了绿绿的叶子。
2019年1月12日20:03:34地面发送了生物科普试验载荷断电指令，载荷正常关机。生物科普试验载荷内部在月夜温度为零下52℃的情况下，所携带的六种生物将结束本次科普试验使命，处于冷冻状态。
“从开机至断电，生物科普试验载荷在轨工作状态良好，累计工作时间长达212.75小时，顺利实现了种子发芽，达到了设计指标，部分指标超过预期。”教育部深空探测联合研究中心副主任、生物科普试验载荷总设计师、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授在接受科技日报记者独家专访时表示，这是人类第一次在月面上做生物生长试验，在荒芜的月球上培育出第一株植物嫩芽，并随时间的推移，成功实现人类有史以来第一片在月球生长的绿叶。
突破五大难题实现首次生物实验
“以前科学家在空间站以及其他航天器上开展过多次生物试验，但月球上还从未有过。此次生物科普试验载荷已初步实现人类首次月面生物试验，对人类今后建立月球基地提供研究基础和经验，具有重大意义。”谢更新说，要成功实验并不容易，他们准备了3年多的试验，在项目的研发过程中，研发团队对科普载荷进行多个技术难点的攻关：为确保科普载荷在轨工作安全，罐体结构件全部由高性能铝合金加工，且进行了防腐处理，并通过分析、试验的形式进行了多方面验证；针对长期零下57℃低温微弱漏气现象，通过结构分析、密封材料性能优化等多种方法予以解决；为了使科普载荷能够在零下60℃到80℃的温度范围内保持稳定的适宜生物生存的温度，通过20多次的热方案设计及优化，最终确定了由半导体制冷器、电加热器、散热片及隔热措施相结合的方式，实现科普载荷内部智能化温度控制。
而此次实验也突破了生物休眠、“旅途”颠簸、放水控制、密封控制、月面采光五大难题。
据了解，因为嫦娥四号探测器发射的要求，罐内搭载的植物种子和果蝇虫卵需在罐中等待长达3个月，其中发射场需等待两个月，太空飞行近一个月，在此期间需保证休眠状态。“如果植物在罐内提前发芽，就失去了试验的意义。”谢更新说，对此他们特制了干燥的土壤，同时在真空条件下对罐体进行了密封，保证在此期间罐内不会受到地球温度、湿度的影响，避免产生水份促使植物种子发芽。
放水时间把控也是一大难题。必须确保到达月球试验启动后水能放出来，不能放不出来，也不能放早了。为此，团队采取了两个措施，一方面使用电磁泵启动放水装置确保有压力放水，二是在水管口用新型溶剂封口，在月球高温环境中封口溶剂才会随着放水脱落，确保在月球上才会让水浇灌到土壤中。
从发射、变轨到着陆， 生物科普试验载荷罐要经历严酷的力学条件，如何让土壤不散落是业界关心的问题。谢更新说，他们对此采用了遇水即融的材料，保证土壤在“旅途”中的安全。
为了解月球上的光合作用情况，此次实验没有采取内置灯光的形式，而是通过光导管引进月球表面自然光线，实现月面原位资源利用，让动植物完全接受月球的光照环境。谢更新介绍，通过在罐上开通，用光导管引光进入，顺利的让罐内的生物受到了月球上太阳光的照射。因为此次降落的地点在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑，月尘较厚，担心对光导管会进行封堵，对此他们进行了多次实验，对导管的方位和角度进行了特别的设计，从而顺利引入了阳光。
谢更新介绍，此次罐内的主副相机累计拍照35次，下传照片170多幅。与整器保持良好的持续通信状态，并实时传回温度、电压、气压等各项遥测数据。通过照片数据和遥测数据分析，设备内部水已完全浸润土壤，温度、压力等完全符合生物生长发育的要求。
月地对比 月球上植物先于地球发芽
为进一步凸显本次生物科普试验载荷的科研和科普价值，生物科普试验载荷项目组同时在重庆大学开展了地、月对比实验，同一个生态系统（密闭空间）在地球、月球不同条件下以及在地面自然条件下（开放空间）的生长发育情况对比。
1月3日晚23:50分，地面对照试验生物科普试验载荷与月表生物科普试验载荷同步注水，地面对照试验正式开始。地面对照分为封闭环境1:1对照试验和开放环境下的对照试验。整个地面对照试验全程以在轨工作的生物科普试验载荷传回的温度作为参考，地面对照通过控温，与在轨工作温度保持一致。
“月球和地面的实验室在同温度、同湿度下进行的，不同的是月球上日照条件虽然较差，但为24小时照射，同时有辐射，地面上没有辐射。”谢更新说，不过月球上发芽比地球上更快，为何会出现这一情况，他们会进行进一步研究。
耐高温植物更适合月球生长
载荷内搭载的6种生物构成一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统。其中，植物生产氧气和食物，供所有生物“消费”；作为消费者的果蝇和分解者的酵母，通过消耗氧气产生二氧化碳，供植物进行光合作用。此外，酵母可以分解植物和果蝇废弃物而生长，酵母又可以作为果蝇的食物。
“这是根据罐内资源变化数百次试验选择的结果。”谢更新解释，因为“罐子”里资源有限，里面的动植物不能占用过多空间，同时由于月球上没有大气传递热量，昼夜温差大，在太空舱内温度控制在30℃到-60℃，“罐子”内温度采用物理控制方式，控制在最低-10℃，因此要求动植物能耐高温、耐冻、抗辐射和抗干扰的特点。同时因为不清楚月面的温度，从生物的多样性上考虑，他们选择了低温和高温的物种都试一试。
为了给载荷内生物营造一个适宜生存的环境，载荷罐体分别装置了“空调系统”、光导管和水仓室。罐子外的保温层，能经受月表面剧烈温差的考验；内部装有自动调节温度的“空调系统”，通过温度传感器保证环境在25摄氏度左右。罐体内，植物可通过载荷顶部盖板上的光导管吸收月面自然光，进行光合作用产生氧气。水仓室携带了一个装有18ml生物专用水的水袋和电磁泵，着陆器落月并加电后，接到地面指令让电磁泵工作，将水袋中的水通过水管释放到生物舱表面，为生物生长提供水分。
实验显示，最终耐高温的棉花种子实现了发芽，其余耐低温的种子则未能发芽。
据介绍，生物科普试验载荷在月面注水进行发芽和生长实验以后，经过近9天时间进入月夜期。目前，生物科普试验载荷已于1月12日20点03分断电。
“下一次开机时间是1月30日，我们会关注是否会发生奇迹。”谢更新说，因为不能配备电池，所以此次不能在关机的状态下保证罐内的温度，所携带的六种生物将因为低温结束本次科普试验使命，处于冷冻状态。待下一个月昼期温度上升后，在全封闭状态的生物科普试验载荷罐中，六种生物将被慢慢分解成无害的有机物，并将被永久封存在生物科普试验载荷内部。
未来将扩大载荷罐尺寸进行更多实验
据了解，此次项目是2015年国家航天局、教育部、中科院、中国科协和团中央共同发起征集嫦娥四号科普试验生物科普试验载荷。重庆大学“生物科普试验载荷项目”在近300份作品中脱颖而出，并于2016年底被最终确定为搭载项目之一。
“这是全人类第一次在月球上做生物实验，并且成功的长出了绿色植物，而这个第一是我们中国人取得的，可以说意义重大。”刘汉龙说，虽然这次实验时间只有212.75小时，但是拿到了大量的珍贵的第一手数据，为以后研究打下了基础。同时，此次实验解决了生物在月球生长的几大难点，这一研究可以促进人类计划在月球上建立月球村或月球站的计划。
同时，此次实验的重要作用之一就是科普，因此项目团队安装了相机，全程记录这一过程，并与地球实验进行对比，将向青少年和广大科普爱好者和宇宙探索爱好者来进行科普宣传。希望通过生物科普试验载荷的实施，推动生物学知识的普及，加深普通民众对生物学原理的了解；宣传我国探月工程成果，激发人们对宇宙探索和科学研究的兴趣，提高人们的环境保护意识。
下一步，项目团队将继续研究在月球环境和地球环境下植物生长需要哪些条件，对发现的一些生物有趣现场进行进一步研究。还将进一步扩大实验，扩大生物科普试验载荷罐的尺寸，增加更多更新的研究内容。
生物科普试验载荷罐内长出的植物嫩芽。（图一）
发布会现场。（图二）
2019-01-15 15:22:57 来源: 科技日报 作者: 雍黎
人类在月球上种植出植物的梦想已经实现！1月15日上午，重庆大学举办嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会，对外正式公布这一消息。
1月12日20点，随着嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷罐传回最后一张试验照片，显示罐内生长出的植物嫩芽长势良好。这表明在经历月球高真空、宽温差、强辐射等严峻环境考验后，人类首次月面的生物生长培育实验成功！
人类首次在月球开展生物生长试验
重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙介绍，经过近三年的努力，由教育部深空探测联合研究中心组织，重庆大学牵头承担研制的嫦娥四号任务生物科普试验载荷项目，在国家国防科工局探月与航天工程中心、教育部科技司和航天科技集团等单位与部门的大力支持与指导下，组织高校机械、生物、自动控制、环境工程、通信、材料等学科优势力量与航天有关科研院所紧密合作共同研制完成，该项目于2018年12月8日凌晨随嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心出征，是嫦娥四号任务中唯一一个由教育部高校研制、第一个登上月球系统级的航天器并着陆月球背面的科普载荷，该载荷也是人类首次在月球上开展生物试验。
科普，是本次载荷项目最基本也是最重要的使命。项目团队通过研究生物在月球低重力、强辐射、自然光照条件下动植物的生长发育状态，为人类今后建立月球基地提供研究基础和经验。
212.75小时的试验 月球长出人类种植的首株绿叶
生物科普试验载荷罐是一个高度密封的圆柱形抗压容器，由特殊铝合金材料制成， “罐子”直径173毫米，高198.3毫米，总重量共2.608公斤，由结构模块、热控模块、控制模块、导光模块、生物模块等组成，还有18毫升水，以及土壤、空气、热控以及两个记录生物生长状态的相机。
罐子虽然不大，不过搭载的“乘客”却不少。据了解，生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物，它们形成一个简单的微型生态系统。
2018年10月10日下午， 生物科普试验载荷罐在地面组装合盖。为了确保全过程无生物污染，所有生物装载操作均在严格无菌环境的超净工作台中进行。
2018年12月8日，生物科普试验载荷罐随着嫦娥四号探测器成功升空。
2019年1月3日23点18分，在经历发射和着落等阶段严酷的力学考验后，生物科普试验载荷于嫦娥四号登陆月球第一天加电开机，并启动主相机拍照。
2019年1月3日23点48分，在地面控制中心发送放水指令后，搭载的6种生物结束了休眠，进入生物月面生长发育模式。
2019年1月5日晚8点，地面接收数据显示生物科普试验载荷内种子已经发育为胚根。在随后传回的图片中，可以清晰地看到棉花种子率先发芽，长出了绿绿的叶子。
2019年1月12日20:03:34地面发送了生物科普试验载荷断电指令，载荷正常关机。生物科普试验载荷内部在月夜温度为零下52℃的情况下，所携带的六种生物将结束本次科普试验使命，处于冷冻状态。
“从开机至断电，生物科普试验载荷在轨工作状态良好，累计工作时间长达212.75小时，顺利实现了种子发芽，达到了设计指标，部分指标超过预期。”教育部深空探测联合研究中心副主任、生物科普试验载荷总设计师、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授在接受科技日报记者独家专访时表示，这是人类第一次在月面上做生物生长试验，在荒芜的月球上培育出第一株植物嫩芽，并随时间的推移，成功实现人类有史以来第一片在月球生长的绿叶。
突破五大难题实现首次生物实验
“以前科学家在空间站以及其他航天器上开展过多次生物试验，但月球上还从未有过。此次生物科普试验载荷已初步实现人类首次月面生物试验，对人类今后建立月球基地提供研究基础和经验，具有重大意义。”谢更新说，要成功实验并不容易，他们准备了3年多的试验，在项目的研发过程中，研发团队对科普载荷进行多个技术难点的攻关：为确保科普载荷在轨工作安全，罐体结构件全部由高性能铝合金加工，且进行了防腐处理，并通过分析、试验的形式进行了多方面验证；针对长期零下57℃低温微弱漏气现象，通过结构分析、密封材料性能优化等多种方法予以解决；为了使科普载荷能够在零下60℃到80℃的温度范围内保持稳定的适宜生物生存的温度，通过20多次的热方案设计及优化，最终确定了由半导体制冷器、电加热器、散热片及隔热措施相结合的方式，实现科普载荷内部智能化温度控制。
而此次实验也突破了生物休眠、“旅途”颠簸、放水控制、密封控制、月面采光五大难题。
据了解，因为嫦娥四号探测器发射的要求，罐内搭载的植物种子和果蝇虫卵需在罐中等待长达3个月，其中发射场需等待两个月，太空飞行近一个月，在此期间需保证休眠状态。“如果植物在罐内提前发芽，就失去了试验的意义。”谢更新说，对此他们特制了干燥的土壤，同时在真空条件下对罐体进行了密封，保证在此期间罐内不会受到地球温度、湿度的影响，避免产生水份促使植物种子发芽。
放水时间把控也是一大难题。必须确保到达月球试验启动后水能放出来，不能放不出来，也不能放早了。为此，团队采取了两个措施，一方面使用电磁泵启动放水装置确保有压力放水，二是在水管口用新型溶剂封口，在月球高温环境中封口溶剂才会随着放水脱落，确保在月球上才会让水浇灌到土壤中。
从发射、变轨到着陆， 生物科普试验载荷罐要经历严酷的力学条件，如何让土壤不散落是业界关心的问题。谢更新说，他们对此采用了遇水即融的材料，保证土壤在“旅途”中的安全。
为了解月球上的光合作用情况，此次实验没有采取内置灯光的形式，而是通过光导管引进月球表面自然光线，实现月面原位资源利用，让动植物完全接受月球的光照环境。谢更新介绍，通过在罐上开通，用光导管引光进入，顺利的让罐内的生物受到了月球上太阳光的照射。因为此次降落的地点在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑，月尘较厚，担心对光导管会进行封堵，对此他们进行了多次实验，对导管的方位和角度进行了特别的设计，从而顺利引入了阳光。
谢更新介绍，此次罐内的主副相机累计拍照35次，下传照片170多幅。与整器保持良好的持续通信状态，并实时传回温度、电压、气压等各项遥测数据。通过照片数据和遥测数据分析，设备内部水已完全浸润土壤，温度、压力等完全符合生物生长发育的要求。
月地对比 月球上植物先于地球发芽
为进一步凸显本次生物科普试验载荷的科研和科普价值，生物科普试验载荷项目组同时在重庆大学开展了地、月对比实验，同一个生态系统（密闭空间）在地球、月球不同条件下以及在地面自然条件下（开放空间）的生长发育情况对比。
1月3日晚23:50分，地面对照试验生物科普试验载荷与月表生物科普试验载荷同步注水，地面对照试验正式开始。地面对照分为封闭环境1:1对照试验和开放环境下的对照试验。整个地面对照试验全程以在轨工作的生物科普试验载荷传回的温度作为参考，地面对照通过控温，与在轨工作温度保持一致。
“月球和地面的实验室在同温度、同湿度下进行的，不同的是月球上日照条件虽然较差，但为24小时照射，同时有辐射，地面上没有辐射。”谢更新说，不过月球上发芽比地球上更快，为何会出现这一情况，他们会进行进一步研究。
耐高温植物更适合月球生长
载荷内搭载的6种生物构成一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统。其中，植物生产氧气和食物，供所有生物“消费”；作为消费者的果蝇和分解者的酵母，通过消耗氧气产生二氧化碳，供植物进行光合作用。此外，酵母可以分解植物和果蝇废弃物而生长，酵母又可以作为果蝇的食物。
“这是根据罐内资源变化数百次试验选择的结果。”谢更新解释，因为“罐子”里资源有限，里面的动植物不能占用过多空间，同时由于月球上没有大气传递热量，昼夜温差大，在太空舱内温度控制在30℃到-60℃，“罐子”内温度采用物理控制方式，控制在最低-10℃，因此要求动植物能耐高温、耐冻、抗辐射和抗干扰的特点。同时因为不清楚月面的温度，从生物的多样性上考虑，他们选择了低温和高温的物种都试一试。
为了给载荷内生物营造一个适宜生存的环境，载荷罐体分别装置了“空调系统”、光导管和水仓室。罐子外的保温层，能经受月表面剧烈温差的考验；内部装有自动调节温度的“空调系统”，通过温度传感器保证环境在25摄氏度左右。罐体内，植物可通过载荷顶部盖板上的光导管吸收月面自然光，进行光合作用产生氧气。水仓室携带了一个装有18ml生物专用水的水袋和电磁泵，着陆器落月并加电后，接到地面指令让电磁泵工作，将水袋中的水通过水管释放到生物舱表面，为生物生长提供水分。
实验显示，最终耐高温的棉花种子实现了发芽，其余耐低温的种子则未能发芽。
据介绍，生物科普试验载荷在月面注水进行发芽和生长实验以后，经过近9天时间进入月夜期。目前，生物科普试验载荷已于1月12日20点03分断电。
“下一次开机时间是1月30日，我们会关注是否会发生奇迹。”谢更新说，因为不能配备电池，所以此次不能在关机的状态下保证罐内的温度，所携带的六种生物将因为低温结束本次科普试验使命，处于冷冻状态。待下一个月昼期温度上升后，在全封闭状态的生物科普试验载荷罐中，六种生物将被慢慢分解成无害的有机物，并将被永久封存在生物科普试验载荷内部。
未来将扩大载荷罐尺寸进行更多实验
据了解，此次项目是2015年国家航天局、教育部、中科院、中国科协和团中央共同发起征集嫦娥四号科普试验生物科普试验载荷。重庆大学“生物科普试验载荷项目”在近300份作品中脱颖而出，并于2016年底被最终确定为搭载项目之一。
“这是全人类第一次在月球上做生物实验，并且成功的长出了绿色植物，而这个第一是我们中国人取得的，可以说意义重大。”刘汉龙说，虽然这次实验时间只有212.75小时，但是拿到了大量的珍贵的第一手数据，为以后研究打下了基础。同时，此次实验解决了生物在月球生长的几大难点，这一研究可以促进人类计划在月球上建立月球村或月球站的计划。
同时，此次实验的重要作用之一就是科普，因此项目团队安装了相机，全程记录这一过程，并与地球实验进行对比，将向青少年和广大科普爱好者和宇宙探索爱好者来进行科普宣传。希望通过生物科普试验载荷的实施，推动生物学知识的普及，加深普通民众对生物学原理的了解；宣传我国探月工程成果，激发人们对宇宙探索和科学研究的兴趣，提高人们的环境保护意识。
下一步，项目团队将继续研究在月球环境和地球环境下植物生长需要哪些条件，对发现的一些生物有趣现场进行进一步研究。还将进一步扩大实验，扩大生物科普试验载荷罐的尺寸，增加更多更新的研究内容。
生物科普试验载荷罐内长出的植物嫩芽。（图一）
发布会现场。（图二）
谢谢各位保密侠好心，已经修改了部分措辞。如果发个发射时间都要保密的话，那搞深空探测有个xx的意义？这不是军事项目，使用火箭和东风系列没有任何关系，发射场也是全国最透明公开的发射场。而且我获得的资料是航天爱好者网在叶培健院士讲座上截得，这讲座也是公开的。这要保密的话我倒要问问中宣是吃啥饭长大了的，就不说NASA了，人家印度每次发射都直播，我们呢？嫦4发射掖着藏着，跟没有这个项目一样！再说一遍，深空探测不是军事项目，不需要过度的保密，反而适度的公开和透明有利于科学教育和航天事业的公共形象。
这样就好多了，可能还是高感噪点的控制，还有就是成都南门发展太快了，去年望哥说伸手不见五指的地方，现在都亮成这样了。深空爱好者摆了将近半小时的器材，北极星就被云盖住了，还好手动看了会儿木星还是很舒服。
认真的年轻是我现在的态度吧，做好工作，照顾好身边的人，追逐我最爱的风景
别错过年轻的疯狂，时光很匆忙
别错过星辰和夕阳，不轻易感伤
做自己想做的事
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