“我們將科幻變成了科學(xué)”（走近創(chuàng)新團(tuán)隊⑦）

今年8月3日23時59分拍攝于上海的最圓時刻的月亮。新華社記者 王 翔攝

透過一個泛著紫紅色光的圓形密閉窗口，一名志愿者正在種滿植物的實驗艙中做實驗。這是世界頂尖科學(xué)雜志《自然》發(fā)布的2017年最佳科學(xué)圖片中的一幅，圖中展現(xiàn)的正是“月宮一號”里的場景。

如果你看過科幻小說，想象過太空生存，你也許知道，當(dāng)人類進(jìn)行長時間、遠(yuǎn)距離的深空探測，必須建設(shè)一個“地外生命保障系統(tǒng)”，原位循環(huán)再生人類生存所需的氧氣、水和食物。而這項技術(shù)在應(yīng)用到空間前，要在地面構(gòu)建地基模擬實驗驗證系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)的運行調(diào)控技術(shù)研究。

在北京航空航天大學(xué)，“月宮一號”團(tuán)隊由此而生�！霸聦m365”實驗完成了全球最長時間的一次太空艙人工密閉生態(tài)系統(tǒng)生存試驗，使中國在載人航天生物再生生命保障領(lǐng)域走在了世界前列。在他們手上，科幻一步步變成了科學(xué)。

“在當(dāng)時看來，這是一個遙遠(yuǎn)的夢”

2018年5月15日，是劉慧永遠(yuǎn)也忘不了的日子。

當(dāng)北京航空航天大學(xué)校園中的一座白色圓頂建筑——“月宮一號”的艙門開啟，劉慧和另外3位志愿者走出艙外，把在“月宮”里種植的大豆、小麥、胡蘿卜、西紅柿、辣椒等，分發(fā)給艙外慶祝的人群。這意味著“月宮365”實驗成功結(jié)束。紀(jì)錄片《大國重器》第二季里介紹“月宮365”實驗時說，全球太空艙生存模擬密閉試驗此前最長的時間是180天，由俄羅斯創(chuàng)造，這次，中國挑戰(zhàn)的目標(biāo)是365天。

事實上，從2017年5月10日到2018年5月15日，共有2個乘員組的8名志愿者在全封閉的“月宮一號”實驗艙中連續(xù)駐留370天，比原定的365天又增加了5天，系統(tǒng)閉合程度達(dá)98%。

入艙前一晚，有記者問劉慧：是什么使你有勇氣接受這樣一個長期密閉實驗的任務(wù)？她毫不猶豫地回答：是劉紅教授十年磨一劍的堅持和我們每一位“月宮人”的月宮夢。

的確，為了這一刻，北京航空航天大學(xué)教授劉紅和她的“月宮一號”團(tuán)隊已準(zhǔn)備十多年。

2003年，神舟五號載人飛船成功發(fā)射并返回，中國成為世界上第三個把人送入太空的國家。一個問題擺在科學(xué)家面前：在近地軌道，宇航員賴以生存的物資可全部攜帶；如果人類進(jìn)行更長時間、更遠(yuǎn)距離的太空探索，這一難題該如何解決？

“靠攜帶供給或由地面補給，費用昂貴且技術(shù)上難實現(xiàn)�！币粋�新的研究方向在劉紅腦海中閃現(xiàn)——地外生命保障系統(tǒng)。

簡單地說，就是依靠“生物再生”的方式，在月球、火星基地，或是飛向火星的飛船中，構(gòu)建一個類似地球生物圈的小型生態(tài)系統(tǒng)。

“在當(dāng)時看來，這是一個遙遠(yuǎn)的夢。很多人不理解，覺得這只是科幻。”但劉紅堅信，科學(xué)家就是要關(guān)注10年、20年乃至百年后的技術(shù)需求。放眼世界，一些國家已陸續(xù)開展相關(guān)研究，她說：“中國人要在這個領(lǐng)域做出更多貢獻(xiàn)，甚至成為國際領(lǐng)先。”

這位兒時就喜歡抬頭看月亮、數(shù)星星的女教授，從2004年起，帶領(lǐng)團(tuán)隊一頭扎進(jìn)了地外生命保障系統(tǒng)的研究，真正從事起與太空星辰相關(guān)的工作。

外國專家參觀后寫下滿滿一頁紙的贊嘆

怎樣在地外環(huán)境中實現(xiàn)氧氣、水、食物等各種物質(zhì)的循環(huán)利用，構(gòu)建人工生態(tài)系統(tǒng)？這是所有載人航天大國都希望站上的技術(shù)制高點。此前，其他國家是在植物和人之間構(gòu)建密閉生存系統(tǒng)，而劉紅決定，打造“人—植物—動物—微生物”的“四生物鏈環(huán)”。

從“二”到“四”，看起來只是數(shù)字的變化，要解決的卻是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的兩個技術(shù)難題——有供人食用的“動物蛋白”問題和負(fù)責(zé)廢物處理的“微生物”問題。

經(jīng)過反復(fù)研究、實驗，團(tuán)隊在1000多種可食用昆蟲中，精選了富含蛋白質(zhì)又易于飼養(yǎng)的黃粉蟲，解決了整個系統(tǒng)技術(shù)難點的“牛鼻子”；又在種類眾多的微生物中，找到生存在寒冷山洞或極熱高溫地帶、在人體體溫條件下無法生存的微生物。

這樣，“月宮一號”里物質(zhì)的閉合循環(huán)就形成了：植物給宇航員提供食物，還能通過光合作用產(chǎn)生氧氣、通過蒸騰作用產(chǎn)生純凈的飲用水。植物中人不吃的部分，比如作物的秸稈、蔬菜的根和老葉敗葉，用來飼養(yǎng)動物（黃粉蟲），為宇航員提供優(yōu)質(zhì)的蛋白和更合理的氨基酸配比。植物的不可食部分、人的排泄廢物、廚余和生活垃圾，通過微生物分解，變成二氧化碳進(jìn)入到空氣中；從尿液中回收的水和氮素以及經(jīng)過生物凈化后的衛(wèi)生廢水，用于灌溉培養(yǎng)植物。植物吸收了這些二氧化碳和水，不斷生長出新的食物。

當(dāng)團(tuán)隊在小場地里能做的實驗已經(jīng)完成，就急需一個大的場地做系統(tǒng)實驗。一次跟著校領(lǐng)導(dǎo)走訪俄羅斯，在參觀完俄羅斯的密閉實驗系統(tǒng)后，時任北航校領(lǐng)導(dǎo)連連贊嘆，劉紅瞅準(zhǔn)機(jī)會，立下軍令狀，“如果給我500平方米，我一定做出更好的�！庇谑�，“月宮一號”項目終于獲批，在北航新主樓西側(cè)拔地而起。

2013年元旦，“月宮一號”團(tuán)隊給俄羅斯的科學(xué)友人發(fā)去新年祝福電子賀卡，附了上“月宮一號”的樣圖。這幾位科學(xué)家打開賀卡，一致“贊許”道：“他們‘畫’得可真好！”直到2013年冬天，“月宮一號”建設(shè)完成并成功試運轉(zhuǎn)，外國幾位科學(xué)家受邀來華進(jìn)行學(xué)術(shù)研討，還是將信將疑的態(tài)度。

劉紅至今記得，一位俄羅斯科學(xué)家圍著占地不過百平方米的實驗艙來來回回看了將近一個小時，不相信眼前這個實驗裝置是真的。當(dāng)天晚上10點左右，會議已結(jié)束，這位科學(xué)家提出還要去實驗艙看看，他擔(dān)心白天看到的只是“裝裝樣子”的假設(shè)備，夜里就會停掉或者“沒有了”。劉紅笑了笑，欣然邀請他隨時去實驗艙參觀。后來，這位被震撼到的俄羅斯科學(xué)家按捺不住激動，在留言簿上寫了一整頁贊語表達(dá)敬意。

“月宮一號”在建期間正值炎夏，常常是室外38攝氏度、艙內(nèi)溫度40攝氏度，但團(tuán)隊還是克服困難，在6個月內(nèi)順利完工。在外人看來，這不過是3個圓柱形的“大罐子”，而團(tuán)隊成員相信，在這個總面積160平方米、總體積500立方米的空間內(nèi)，他們的“月宮夢”終將實現(xiàn)——“我有一所房子，面朝月宮，春暖花開”。

“進(jìn)入‘月宮一號’，就像直接把你送到外太空”

早上7點鐘起床，量體溫、血壓，稱體重。洗漱完沖杯牛奶，一個饅頭就一盤生菜炒梅花肉便是早餐，盡管感受不到陽光照到身上的溫暖，但走到植物艙，和滿室的綠色打個招呼，仍然感覺朝氣蓬勃……志愿者褚正佩這樣向人介紹她在“月宮一號”里的清晨時光。

聽起來悠閑，但“月宮”里的生活不比地球，志愿者們承擔(dān)了重要的科研工作。艙內(nèi)遵循“日出而作、日落而息”，但僅靠燈光啟閉模擬日出日落。劉慧說：“進(jìn)入‘月宮一號’，就像直接把你送到外太空�！�

在模擬的“外太空”里，每組志愿者4人所需的全部氧氣和水、大部分食物，都要在1個綜合艙和2個植物艙里循環(huán)再生。有限的空間里，志愿者們栽培了5種糧食作物、29種蔬菜作物、1種水果，僅小麥就要每周收獲3次。他們常常打趣道：“我們就是未來月球上或者火星上的農(nóng)民�！�

370天里，志愿者們重復(fù)“播種、收割和脫粒”這一植物耕作流程160余次，監(jiān)測記錄健康數(shù)據(jù)700余次，采集2000多個唾液、尿液、糞便樣品以及口腔、材料表面和空氣的微生物樣品，采集廢物處理系統(tǒng)樣品50余次。此外，他們還克服了幽閉環(huán)境內(nèi)“遮窗”“斷電”“延遲出艙”等種種困難。

志愿者伊志豪說，“心理關(guān)”是他們要克服的最大難題。“在艙內(nèi)的生活，就像處于一個密閉的臥鋪車廂，每天隔著小小的窗口看外面，但有時需要把窗口遮蔽起來，適應(yīng)不同的環(huán)境，調(diào)試不同的參數(shù)。這時，就感覺車廂進(jìn)了隧道�！�

當(dāng)然，“月宮”生活不乏輕松有趣的時光。志愿者們可以上網(wǎng)、發(fā)微信、看視頻、玩飛鏢，一組4個人生活在“同一屋檐下”，如同“親兄妹”。

油菜、莜麥菜、西紅柿……利用艙內(nèi)種出的簡單蔬菜，如何做出一頓可口的飯菜？這難不倒志愿者們。2018年2月15日，“月宮365”實驗進(jìn)行到第280天時正值農(nóng)歷除夕，大家在完成科研任務(wù)之余，用自己種植的食材包了餃子，做了果蔬拼盤和花饃，吃了一頓“月宮”里的年夜飯。

吃膩了蔬菜，想吃點葷的怎么辦？志愿者劉佃磊與“月宮一號”里的明星——黃粉蟲打交道最多，他用“香、嫩、酥、脆，回味悠長”來形容炒熟后黃粉蟲的味道，至今仍覺得是美味。

為了保證植物的產(chǎn)量與營養(yǎng)，植物艙的LED燈是智能的，其光強和光譜可以根據(jù)植物生長需求來調(diào)節(jié)，那么人在艙里待久了想曬曬太陽可以嗎？志愿者劉光輝對“月宮”里的光源最有研究，綜合艙特地安裝的“小太陽”，通過光學(xué)透鏡收集陽光，再利用光纖將光束導(dǎo)入艙內(nèi)，讓志愿者們在“月宮”里也能“曬太陽”。

“記得隔一兩天要喝一次荊芥水，防止感冒。”“月宮365實驗”期間，劉紅一直保持著與艙內(nèi)成員的通話，而志愿者們也在“太空生存”中收獲了豐富的生活技能�！八�電工、做飯、保潔、種地、理發(fā)、攝影攝像等，這些技能我們都學(xué)會了�！眲⒒壅f，“這絕對是偉大又夢幻的經(jīng)歷�！�

“以終點為起點，我們仰望星空永不止步！”

目前，“月宮一號”團(tuán)隊已取得大量寶貴的實驗數(shù)據(jù)，他們一邊等待可以將生命保障系統(tǒng)帶到地外環(huán)境測試的合適機(jī)會，一邊繼續(xù)拓展系統(tǒng)在地面極端條件下的應(yīng)用性。

“這個項目主要針對月球、火星等地外基地，同時還可以應(yīng)用于高原、極地、島礁、深海、深地等具有重要國防或科研價值的極端環(huán)境，或者應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)與生態(tài)科學(xué)研究中�！眲⒓t說。

參與過“月宮365實驗”的志愿者劉光輝，正通過自主創(chuàng)業(yè)，將月宮中一些技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。“我們已經(jīng)做出了第一臺集裝箱式植物工廠裝備，目前正在試運行狀態(tài)�！眲⒐廨x說，雖然很忙，但他還是一直關(guān)注實驗室動態(tài)，相信“月宮一號”團(tuán)隊會再接再厲、再鑄輝煌。

曾是志愿者的董琛已從當(dāng)年的博士生成為一名人民教師。他給兒子起了個有紀(jì)念意義的小名——“航航”�！跋Ｍ麅鹤幽軅鞒泻教烊颂貏e能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻(xiàn)的精神，甚至未來能夠作為宇航員遨游太空�！�

曾經(jīng)的團(tuán)隊成員學(xué)成畢業(yè)，新鮮的年輕力量也在不斷加入。

“讀高中的時候，生物課本上提到的‘生物圈2號’（美國建的一座微型人工生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)）給我留下深刻印象，其失敗也令人扼腕。之后，在網(wǎng)絡(luò)上看到中國的‘月宮一號’，我又激動又振奮�！北本┖娇蘸教齑髮W(xué)2019級碩士研究生徐子昂說，他一直想加入“月宮一號”團(tuán)隊，終于圓夢。“希望今后我們團(tuán)隊能讓更多科幻變成科學(xué)�！�

回望過去，劉紅很感慨：“一個當(dāng)初沒有多少人看好的夢想，最終打破世界紀(jì)錄，成為國人驕傲，我覺得這半輩子過得真值�！眲⒓t說，16年間很多青年才俊加入進(jìn)來，有的人留下了名字，更多的人留下的只是一個背影，但大家都一樣高興，因為這是大家念茲在茲的月宮夢、星空夢。

對于將來的科研工作，劉紅和團(tuán)隊成員信心滿滿：“以終點為起點，我們仰望星空永不止步！”

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“月宮一號”大事記

■ 2013年10月，“月宮一號”地基綜合實驗系統(tǒng)成功研制，這是中國第一個、世界上第三個月球基地生命保障人工閉合生態(tài)系統(tǒng)地基實驗裝置。

■ 2014年5月，“月宮一號”成功進(jìn)行了中國首次長期高閉合度集成試驗，密閉試驗持續(xù)了105天。

■ 2014年9月，“月宮一號”研究成果入選“新中國65年十大引智成果”。

■ 2017年12月，世界頂尖科學(xué)雜志《自然》雜志在其官網(wǎng)上發(fā)布了2017年最佳科學(xué)圖片，共計14幅，“月宮一號”入選。

■ 2018年5月，“月宮365”實驗成功，這是世界上持續(xù)時間最長、閉合度最高的密閉實驗。

■ 2019年4月，“月宮一號”團(tuán)隊榮獲“中國五四青年獎?wù)隆薄?/p>

資料來源：“月宮一號”團(tuán)隊