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植物试验-嫦娥四号生物科普试验载荷团队成员 郑先喆:

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【宁夏两私家车相撞】

在月球上“種菜”!揭秘月球上的第一道綠色

月球上的月夜溫度達到零下180度,同時月球上的一個晚上是地球上的14天,所以想要度過月夜,就必須攜帶電池,為熱控系統供電。

2019年1月3日,嫦娥四號成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區,這是人類首次實現在月背著陸。嫦娥四號在實現人類首次月背著陸探測外,還進行了一項生物科普試驗。在這個生物科普載荷里,攜帶了土豆、油菜、擬南芥、棉花、酵母和果蠅六種生物。希望能夠驗證月球上植物、動物和微生物的生長情況。

嫦娥四號生物科普試驗載荷總設計師 謝更新:圖片傳不回來。這個時候大家都已經很疲憊了。但是我和小核心的團隊裡面這幾個人,沒有一個人打退堂鼓,所有的人都堅持到最後。

2018年9月28日,距離發射只有70天,嫦娥四號任務總體和探測器系統的總師、總指揮決定一起開會,來商定這個科普載荷究竟是否能夠帶上月球。

打破束縛 我們在月球上“種菜”

嫦娥四號科普試驗載荷主任設計師 張元勛:因為嫦娥4號是國家的一個重要任務,容不得半點差錯。會遭到質疑,這個我們也是可以理解的。他們覺得我們哪裡可能會出現問題,我們就去做實驗去驗證,不會出現這種問題。

這也就意味著之前按照烏龜設計的生態系統都要推翻重來。像這樣的“彎路”團隊其實還走了很多。最開始的時候,他們希望載荷里的生物能夠在月球上度過一個月夜,這樣就可以觀察它們在月晝和月夜之間的生長區別。

眼前這個只有一個手掌大小的板子,就是用來放置攜帶上月球生物的裝置。上面用來區分不同植物的格子,寬度只有7.5毫米,長度也只有9毫米。也就是說,所有的植物種子都只能在這個指甲蓋大小的空間里生長,而這也正是嫦娥四號留給這個科普載荷空間之“小”的縮影。

嫦娥四號科普試驗載荷主任設計師 張元勛:從來沒想過(放棄)。我內心一直覺得能上去,我也是奔著這個目標來的。

團隊里沒有人知道他們的命運究竟會如何,兩年的時間里,他們只能一次次接受質疑,面對質疑,解決質疑,來證明這個載荷的安全。

【航天標準下 不斷做“減法”】

也就是說,烏龜需要在密閉的空間里生存兩個月。然而由於空間不夠,罐子里的氧氣最多只能支撐烏龜生存20天。因此只能換一種耗氧量更小的動物。

近日,研發團隊通過三維重構和數據分析,將這張圖片進行了深度處理。發現這抹綠色其實是由兩片葉子組成的,而剛剛所說的陰影就是另外一片葉子的影子。同時,這張圖片上還展示了月球上植物根莖生長的特點,再次證明瞭在月球上強輻射、低重力的環境下,仍然可以培養出植物。

類似這樣“接地氣”的創意還有很多。儘管大家都沒有航天任務的經驗,但是這也恰恰給了年輕人足夠的空間去大膽想象。

在這樣漫長的拉鋸戰里,團隊成員從最開始的六七十個人,到最後只有核心的十幾個人留了下來。而就在距離發射只有半年的時候,用於拍攝生物生長情況的相機又出現了問題,讓他們再一次面對功虧一簣的困境。

儘管團隊不得不接受載荷無法度過月夜的現實,但是這也讓這群原本航天的“門外漢”,真切地明白了什麼是航天標準。就這樣團隊成員開始了從結構設計到材料的不斷優化,這也為他們最終能夠成功奔向月球奠定了基礎。

嫦娥四號生物科普試驗載荷總設計師 謝更新:我們的載荷要上天了,但是很有可能長不出東西或者是失敗了,假如外面有人在嘲諷我們,批評我們的時候,希望你們也給我們解釋一下,我們是努力了,我們是用心了。

2019年1月7日,當月球上的科普載荷傳回的照片中顯示棉花種子成功發芽的時候,證明瞭這個創意無限的團隊兩年的付出得到了回報。

嫦娥四號生物科普試驗載荷總設計師 謝更新:我們開始半年甚至一年,都是以烏龜為主線,來設計生態系統。但是做完之後知道我們是10月10號就封蓋了,就上箭了,有將近兩個月12月8號才發射。要保證烏龜在裡面呼吸氧氣。

嫦娥四號生物科普試驗載荷團隊成員 鄭先喆:以前只是說從科教頻道或者書本上瞭解,去衛星發射中心以前都不敢想,覺得那個地方特別神秘。

嫦娥四號生物科普試驗載荷總設計師 謝更新:我們不是以常規的航天的思路去想這些問題,因為這個團隊大家都是很年輕,他思路不受約束。他們一提完之後馬上給我發信息,然後做實驗,數據拿出來可以,那麼就這樣定了。

沒有專業的試驗場地,也沒有專業的配套元件,已經讓他們備受質疑。而由於他們攜帶的是活的生物,會不會影響到嫦娥四號的總體任務,成了這個項目要面對的最大的爭議。

每天都在和眼前這些瓶瓶罐罐打交道的鄭先喆,從來沒有想過自己有一天會和航天兩個字有交集。

從環境、機械、材料到生物學,這個十多個人的團隊覆蓋了多種學科,卻沒有一個人是航天專業出身。三年前,嫦娥四號面向全社會公開徵集生物科普試驗載荷的方案,他們的創意在近300個方案中脫穎而出。這才讓這群航天的“門外漢”,第一次接觸到航天任務。

經過反覆的實驗,鄭先喆終於確認水溶棉不會對植物造成危害,可以作為固定土壤的材料。就這樣,這個看似簡單但是高效的解決方案成了科普載荷成功的關鍵。

由於嫦娥四號原本是嫦娥三號的備份,所以它的結構和設計已經是固定的。留出來的載荷餘量只有3公斤,空間高度也只有不到20釐米。在這樣近乎嚴苛的空間限制下,研製團隊做了很多的平衡和取捨,其中有遺憾,也有收穫。

經過詳細的研討,專家認為載荷符合標準,不會影響到嫦娥四號的任務總體,研製團隊提著兩年的心也終於落了地。在生物試驗科普載荷隨嫦娥四號啟程的前一天,謝更新對各任務系統的專家,說了幾句心裡話。

嫦娥四號生物科普試驗載荷主任設計師 張元勛:我們花的時間最多的是熱控和這個電池。17次的結構優化都是圍繞要麼是熱控的需求,要麼是電池的需求。

在今年年初傳回的一張試驗照片上顯示,科普載荷里的棉花種子長出了一株綠葉,這也是在月面上長出的第一道“綠色”。不過由於相機清晰度的原因,這張照片上有些信息一直沒有得到確認。比如照片中的綠葉上面的陰影是怎麼回事。

沒有航天“背景”的太空追夢人

試驗成功了,但是大家可能不會想到,這個實現首次在月球上“種菜”的團隊,其實並不是一個專業的航天隊伍。他們當中的大多人甚至沒有與航天相關的背景,這也讓他們在研製和試驗的過程中,遇到了很多意想不到的困難。

嫦娥四號生物科普試驗載荷團隊成員 鄭先喆:

作為一個生物學博士,養活幾株植物並不是什麼難事。但是這次在太空上“種菜”的任務,卻給鄭先喆出了不少難題。例如,為了防止土壤在奔向月球的路途中散落出來,就需要在上面蓋一層布固定住。如果用一般的紗布固定,儘管能夠保證土壤不會散落,但同時植物也無法生長出來。

對於這個不是專業的航天團隊中的一些人來說,這次科普試驗可能是他們人生中唯一一次接近太空的機會,而他們也用堅持和創新,實現了普通人也能探索宇宙的夢想。

植物要選小的,動物要選小的,謝更新說,他們原本選擇的動物是烏龜,希望能夠驗證高等動物在月球上的生存情況,同時也會有更好的展示效果。

事實上,他們不僅沒有影響嫦娥四號任務,還成功培養出了月球上的第一株植物,這和他們在研製過程中不斷地學習和適應航天標準密不可分。

因為(紗布的)眼太小了,種子頂不出來,長不出來就看不到,拍照拍不出來。一直說怎麼辦。然後突然就想到就是我後面要加水,那麼會不會有蓋在上面,然後水一溶它就消失了,會不會有這種材料。

超過一年的時間,團隊一直在各地尋找體積很小,但是能量卻足夠大的電池。然而當他們終於找到了之後,這些電池卻因為能量密度太高,未知性太大,沒有通過航天部門的可靠性驗證。

通過查閱大量的資料,鄭先喆真的找到了這樣一種材料——用在刺繡工藝里的水溶棉。不過,它是不是真的可以用在生物科普試驗載荷里,還需要經過大量的實驗驗證。

嫦娥四號生物科普試驗載荷團隊成員 鄭先喆:也不清楚這個材料溶解會不會影響植物生長,或者對植物有毒害。

儘管因為沒有接觸過航天任務,讓這群年輕人經受了更多的考驗和難關。但同時,也正是因為他們沒有受到過航天任務的“約束”,反而提出了一個個天馬行空的創意,有些成為瞭解決問題的利器。