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谢更新:攻克六大难题,成功在月球种出第一片绿叶

文章来源:上游新闻·重庆晨报 作者:余小凤 发布时间:2020-09-16 21:41:00 字体:

“我们不仅要研究出成果,还要让国人了解中国航天航空事业的发展历程和成果,增强民族自豪感和科学探索热情……”在2020重庆网民文化季重点活动之一——巴渝名家大讲堂活动现场,重庆大学环境与生态学院教授、博士生导师,教育部深空探测联合研究中心副主任、重庆大学先进技术研究院院长,探月工程嫦娥四号任务突出贡献者谢更新以《月球第一片绿叶》为题,讲述了团队攻克六大难题,最终成功在荒芜的月球表面试验培育出人类第一片植物嫩叶的探索历程。

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零经验起步,并行攻克六大难题

2015年,国家国防科工局、教育部、中国科学院、中国科协、共青团中央五部委联合主办了以“激发探索热情,鼓励大众创新”为主题的月球探测载荷创意设计征集活动,来自深空探测中心(重庆大学)的“月面微型生态圈科普载荷”脱颖而出,谢更新也由此开启了人类在地外星球生存的环境探索之旅。

俗话说,将军不打无准备之仗。“虽然在项目提出之前,国内外都没有在月球表面开展过生物实验,但是我们在相关领域的研究上,都有扎实的准备。”谢更新说,比如在密闭的空间如何去营造适宜生存的人居环境,怎么去营造一个密闭的环境系统,辐射、长光照及宽温差等极端环境对生物的影响,外太空对生物的影响……各方面都有不少成果,“现在我们要做的就是将各相关研究成果应用到我国重大科技专项探月工程中去,实现人类首次月面生物实验。”

虽然对完成任务充满信心,但是在系统集成和航天项目的管理上,谢更新缺乏经验。“项目需要环境、机械、控制、生物、能源、信息等多领域人员协作完成。入选项目团队的成员,不仅要有行业领先的技术,还需要有情怀,珍惜这个机会,要抱着必须取得成功的信心和信念。”

为了找到合适的成员,谢更新首先梳理了关键技术,找出六大技术难点,即在整个载荷不超过3公斤和只有两个控制信号的限制下:复杂力学环境下的生物固定和静置技术,月面自然条件下的导光技术,月表高真空、宽温差条件下的密封技术,小尺度、高湿度、宽温差条件下的自主温控技术,低重力条件下浇水技术,100%湿度条件下相机防雾成像技术等。

“通过提出问题,找出解决问题的途径和方法,再去找人组建团队。哪些人、哪些团队、哪些单位在相关领域有优势,梳理后一目了然。电子元器件找到烟台的相关研究机构;高低真空设备不够,找到兰州的相关研究机构……”谢更新说,“花了半年时间,我们才组成团队,再把任务分解布置下去,并行开展各自领域的技术攻关,在地面进行充分实验。”

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反向思考,解决生物热环境问题

组建优秀团队是项目成功的第一步,但是他们所面临的困难才刚刚开始。

谢更新介绍到,对航天器载荷来说,体积和重量都是关键。设计之初,研究人员就被告知“生物科普试验载荷”与着陆器总体通过导线连接,包括导线及整个载荷不得超过3公斤,包络尺寸和位置也受到严格约束,经过研究人员的严密设计,最终成型的“生物科普试验载荷”直径173毫米,高度198毫米,重量只有2.608公斤,看起来像个小“罐子”。 “这个‘罐子’的生物容量仅为0.82升,首次搭载到月球的是棉花、油菜、马铃薯、拟南芥、酵母和果蝇等6种生物,形成微型生态循环。”

为什么会选择这些生物?谢更新说:“在热环境研究时,我们走了弯路,因为重量有限,且要保护环境,只能用物理方法降温,但在实验时温度降不下来,月球白天温度超过120度。可是罐内温度不能超过40度,否则种子就会全部烧坏。”

不能从“罐子”本身下手,那就反向思考,在生物方面提要求。“经过反复实验,生物专家最终选择高温也能发芽的植物,譬如棉花,在30度高温也能发芽。再通过这样的原理,进行了其他生物的实验和选择。”谢更新说,在反复的实验中,问题不断出现并被解决,“以往我们没有这种引领性工程研究的经验,但是实验先于技术,在做实验的过程中,技术也得到了不断的改进和完善,它是一个迭代的过程。”

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两年来,团队不断奔波于北京、重庆、烟台、兰州等地开展实验和研究交流,科普载荷结构优化17次、加工样机6次、撰写报告150余份、完成实验300多次、参与总体实验35项、完成归零4次……经过数百次的实验积累与验证,北京时间2018年12月8日凌晨2时23分,备受瞩目的嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心成功发射,开启了人类首次月球背面软着陆之旅,“生物科普试验载荷项目”同时搭载升空,也开启了人类首次月球生物实验之旅。

2019年1月3日——“嫦娥四号”登陆月球第一天的23时18分,科普载荷加电开机并启动主相机拍照。2019年1月5日20时,地面接收数据显示,载荷内种子已经发育为胚根,生物生长培育成功了。1月12日20时03分34秒,地面发送了生物科普试验载荷断电指令,载荷第一个月昼试验正常关机。

人类为了探索宇宙,拓展生存空间,一直在不懈努力。谢更新说,“并不是我们要移民到外太空去,但这种研究有利于我们去了解外太空,甚至是生命的起源。将前面的研究做好,才能为下一步去其他星球上探索或生存奠定基础。”

上游新闻·重庆晨报 余小凤

责任编辑:杨义强

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