嫦(chang)(chang)娥三號(hao)探測(ce)器探訪月球，“嫦(chang)(chang)娥”和(he)“玉兔”在(zai)“月宮(gong)”中互拍，人類什么時(shi)候(hou)也可以在(zai)月球上長期生存？鮮(xian)為人知的是，我(wo)國地面隱藏(zang)著(zhu)一個剛建成的“月宮(gong)一號(hao)”，正在(zai)為此做(zuo)著(zhu)超前準備。

“因為月(yue)球高輻射和(he)微重力的(de)環境在地球上極難模擬，目前地面實(shi)驗(yan)只是在做生命保(bao)障系統(tong)的(de)封(feng)閉(bi)性物質循環實(shi)驗(yan)上完善。”負責人劉紅教授介紹，為滿足實(shi)驗(yan)人員生命需要，密(mi)閉(bi)的(de)“月(yue)宮一號(hao)”中種(zhong)植(zhi)糧食、水果和(he)蔬菜。

美國宇(yu)航局近(jin)日傳出2015年“帶植物去(qu)月球”的(de)(de)(de)計劃(hua)，而我國在近(jin)20年的(de)(de)(de)研究中，已經完成了(le)人和植物封閉共存的(de)(de)(de)部分自給自足(zu)小(xiao)型(xing)實驗(yan)，小(xiao)麥、水(shui)稻、大豆、花生、甜椒、胡蘿(luo)卜、西紅柿(shi)、芫荽等十(shi)余種(zhong)蔬菜糧食(shi)也已經通過了(le)模(mo)擬環境的(de)(de)(de)考驗(yan)，等待(dai)著到月球生長的(de)(de)(de)那(nei)天。

負責人(ren)劉紅透露，在寬闊的“月宮一號”，不僅種有(you)蔬(shu)菜，還(huan)將(jiang)有(you)糧食(shi)和(he)水果，滿足實驗人(ren)員(yuan)的全部氣體、水和(he)食(shi)物(wu)的需(xu)要。

生保系統核心：植物

“我們小時候，覺得人登(deng)上月球是不可想象的(de)夢，可現在我國也(ye)能輕(qing)松實(shi)現，很難說有一天，人類不會把植物(wu)種上月球。”劉紅是北京航(hang)空航(hang)天大學生(sheng)(sheng)物(wu)與醫學工程(cheng)學院空間生(sheng)(sheng)命(ming)科(ke)學與生(sheng)(sheng)命(ming)保(bao)障(zhang)技(ji)術中心主(zhu)任，她對(dui)自己的(de)研究很樂觀(guan)。她多次實(shi)驗的(de)空間生(sheng)(sheng)物(wu)再生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)命(ming)保(bao)障(zhang)系統(tong)，就是要解決土生(sheng)(sheng)土長(chang)的(de)地球人，登(deng)上太(tai)空后(hou)吃(chi)什么(me)，呼吸什么(me)，能生(sheng)(sheng)存多久的(de)難題(ti)。

如何支(zhi)持(chi)人類在太空長(chang)期健(jian)康生(sheng)(sheng)活(huo)，長(chang)達數月(yue)甚至數年？科學(xue)家(jia)的共識是必須(xu)依靠一套空間生(sheng)(sheng)物再生(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)命保障系統(BLSS)，國內(nei)也稱之為受控(kong)生(sheng)(sheng)態生(sheng)(sheng)命保障系統(CELSS)。

這套目前世(shi)界(jie)上(shang)最先進的(de)閉環回路生(sheng)命保(bao)障技術可以被通俗地解釋為，在月球或(huo)火星(xing)(xing)等太空(kong)環境中，將(jiang)有限資源進行反復處理與再生(sheng)，從(cong)而(er)源源不(bu)斷地生(sheng)產食(shi)物(wu)、氧氣和水，確保(bao)為航天員提供最基本的(de)生(sheng)存必需品(pin)。因為航天時從(cong)地面向空(kong)間(jian)補(bu)給物(wu)資十(shi)分昂貴，在美(mei)(mei)國每千(qian)克花費1萬(wan)-10萬(wan)美(mei)(mei)元，而(er)到(dao)月球和火星(xing)(xing)的(de)長期空(kong)間(jian)飛行，幾(ji)乎不(bu)可能(neng)再補(bu)給。

在科學(xue)家基于(yu)空間環(huan)境特點，人工設計建造的密閉微(wei)生態(tai)循環(huan)系(xi)統中(zhong)，綠色(se)植(zhi)物，尤其是蔬(shu)菜(cai)，承擔(dan)了(le)主要節(jie)點的重任。

光合(he)作用下(xia)，綠色植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)提(ti)供食物(wu)(wu)(wu)和(he)(he)氧氣，又將二氧化碳和(he)(he)其他(ta)廢(fei)物(wu)(wu)(wu)“變廢(fei)為寶(bao)”，植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)還是水凈(jing)化的功臣，根系吸收和(he)(he)葉片蒸騰參(can)與系統的水循(xun)環。微生物(wu)(wu)(wu)則擔(dan)負著(zhu)下(xia)游的收尾工作，降(jiang)解植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)不可食用部(bu)分(fen)(fen)、乘員排泄物(wu)(wu)(wu)和(he)(he)生活廢(fei)水等，使他(ta)們再(zai)生為植(zhi)(zhi)物(wu)(wu)(wu)提(ti)供水分(fen)(fen)和(he)(he)養料，為動物(wu)(wu)(wu)提(ti)供部(bu)分(fen)(fen)食品，使食物(wu)(wu)(wu)再(zai)生循(xun)環。

早在(zai)20世紀60年代(dai)，載人(ren)航天開啟之前，俄、美等國就(jiu)在(zai)考慮人(ren)類未(wei)來(lai)在(zai)外太空長期駐留的(de)(de)生命保障(zhang)問(wen)題。建立由植物、動物、微生物、人(ren)以及其他構(gou)成的(de)(de)物質流不(bu)斷(duan)循環更新的(de)(de)閉(bi)路生態系統，是科(ke)學(xue)家(jia)努力的(de)(de)方向。

但(dan)最初開展的封閉的BLSS設計和(he)空(kong)間應用(yong)研究，無論(lun)是(shi)在俄羅斯(si)還是(shi)美國的實(shi)驗中，綠色植物都(dou)是(shi)缺(que)席者。

擔此重(zhong)任的是單(dan)細胞藻類，但(dan)俄羅斯科(ke)學家后來發現，盡管藻類放氧(yang)和吸(xi)收二(er)氧(yang)化碳的能力較強，但(dan)吃起來卻口感差(cha)，營(ying)養單(dan)一。如何(he)建立包含糧食(shi)蔬(shu)菜等高等植(zhi)物(wu)的“太空農場”成了俄美科(ke)學家的研究重(zhong)點。

高輻射(she)和微重力極難模擬

但如何讓綠色植物在殘酷的月球環(huan)境(jing)里生長，忍受從零(ling)下(xia)175攝氏度(du)到零(ling)上120攝氏度(du)巨大溫差，忍受長達十幾(ji)天的漫漫黑夜，以及(ji)微(wei)重力等環(huan)境(jing)？

這(zhe)些(xie)即將承擔大(da)任的植(zhi)物，需要滿足一系列在狹小、密閉(bi)、微重力、超真空(kong)、強輻(fu)射的空(kong)間環境(jing)生(sheng)存特點(dian)，還要能發揮食物生(sheng)產、大(da)氣再(zai)生(sheng)與(yu)(yu)凈(jing)化(hua)(hua)、水分再(zai)生(sheng)與(yu)(yu)凈(jing)化(hua)(hua)和(he)廢(fei)物處(chu)理與(yu)(yu)再(zai)生(sheng)等一種(zhong)或幾種(zhong)作用。

植(zhi)物是(shi)整個生保(bao)系(xi)統的核心部(bu)分，篩(shai)選的植(zhi)物合適與否(fou)在(zai)很大(da)程度上決定著試驗(yan)的成敗。

那些(xie)體積小(xiao)、培(pei)養技術(shu)簡(jian)單、易(yi)于繁殖(zhi)和(he)(he)移植，遺傳性狀穩定、生長快、周期短、產量高、可食部分(fen)比值(zhi)高，抗病和(he)(he)抗逆性強的(de)(de)(de)植物優先被挑選，科學(xue)家還注意到，主要作為食物的(de)(de)(de)它們，要符合人們的(de)(de)(de)飲食文化(hua)習(xi)慣(guan)，并(bing)能滿足食譜的(de)(de)(de)多(duo)樣(yang)化(hua)，還要具(ju)備一些(xie)本國特點。

微生物(wu)領域的(de)(de)金針菇(gu)、平菇(gu)、酵母菌，藻(zao)類中(zhong)(zhong)的(de)(de)螺旋藻(zao)、小球藻(zao)等，還有(you)研究(jiu)中(zhong)(zhong)我國首次引入的(de)(de)水生蕨(jue)類植物(wu)紅(hong)萍成(cheng)為科學家選中(zhong)(zhong)的(de)(de)第一批實驗者。

研究(jiu)初期，歐美各(ge)國均把目標集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)葉菜類上，希望(wang)為(wei)宇航員提(ti)供新鮮蔬菜，實驗中(zhong)(zhong)生(sheng)菜成(cheng)為(wei)外國科學家(jia)的最愛。

我(wo)國(guo)也把目標集中在葉(xie)(xie)菜(cai)(cai)(cai)類上。1997年，我(wo)國(guo)航天(tian)醫(yi)學(xue)工程(cheng)研究院(yuan)聯合(he)中科院(yuan)的(de)多家研究所進行了(le)植物選育，從十幾種葉(xie)(xie)菜(cai)(cai)(cai)類蔬菜(cai)(cai)(cai)中選出生菜(cai)(cai)(cai)、油菜(cai)(cai)(cai)、白菜(cai)(cai)(cai)和(he)豌豆苗，實驗(yan)證實，其(qi)中更(geng)符合(he)我(wo)國(guo)人口味的(de)油菜(cai)(cai)(cai)和(he)白菜(cai)(cai)(cai)被認為是非常理(li)想的(de)“太空(kong)食品”。而(er)豌豆幼苗則勉強通過了(le)密閉環境的(de)考驗(yan)。

聯合研究(jiu)團隊在試驗結(jie)論中(zhong)不無擔憂：“這(zhe)些通過(guo)地(di)面(mian)實(shi)驗或(huo)短期(qi)空間(jian)(jian)搭載實(shi)驗篩(shai)選出的物種，是否確實(shi)可(ke)行(xing)，還必須進一步通過(guo)大量地(di)面(mian)模(mo)擬和空間(jian)(jian)飛行(xing)試驗進行(xing)驗證”。

上(shang)月(yue)底，英國《新科學家》周刊網站報道(dao)稱，美國航天(tian)(tian)局正在(zai)開發一(yi)(yi)個含有5天(tian)(tian)空氣用(yong)量的(de)密(mi)封種植罐(guan)，罐(guan)內(nei)的(de)植物種子可以(yi)在(zai)浸泡(pao)過(guo)營養液的(de)過(guo)濾紙(zhi)上(shang)發芽。這(zhe)個重1公(gong)(gong)斤的(de)小(xiao)“溫室”將成(cheng)為(wei)某(mou)次不載(zai)人的(de)登(deng)月(yue)行(xing)(xing)動中的(de)一(yi)(yi)個付費搭載(zai)項目，行(xing)(xing)動很可能計(ji)劃于2015年(nian)底由月(yue)球捷運公(gong)(gong)司(si)完成(cheng)。

這次(ci)行(xing)動成為(wei)人(ren)們對真正(zheng)的(de)植物在月球(qiu)上生長最切近(jin)的(de)期盼(pan)，受限于航空器的(de)空間和重量限制(zhi)，我國實驗(yan)室里的(de)植物還沒有登上月球(qiu)的(de)福利。

“因(yin)為月球高輻射(she)和(he)(he)微(wei)重力的環境在(zai)地球上極難模擬，目(mu)前(qian)地面(mian)實驗只是在(zai)做生(sheng)命保障系(xi)統的封(feng)閉性物(wu)質循(xun)環實驗上完善。”劉紅介紹說，但十年前(qian)，俄羅斯就在(zai)國際空間站(zhan)建成了“空間溫(wen)室菜園”，20余次(ci)植(zhi)物(wu)培(pei)養(yang)試驗培(pei)養(yang)了甜(tian)豆、番茄、小(xiao)麥和(he)(he)生(sheng)菜等多種(zhong)植(zhi)物(wu)。