嫦娥三號探測器探訪月(yue)球，“嫦娥”和“玉(yu)兔”在(zai)“月(yue)宮”中互拍，人(ren)(ren)類(lei)什么時候也可以(yi)在(zai)月(yue)球上長(chang)期(qi)生存？鮮(xian)為人(ren)(ren)知的是，我國(guo)地(di)面(mian)隱藏(zang)著(zhu)(zhu)一(yi)個剛建成的“月(yue)宮一(yi)號”，正在(zai)為此(ci)做(zuo)著(zhu)(zhu)超前準備。

“因為(wei)月球(qiu)高輻射(she)和(he)微重力的環境(jing)在(zai)地球(qiu)上極難(nan)模擬，目前地面(mian)實驗只是在(zai)做生(sheng)命保障(zhang)系統的封閉性物質循環實驗上完善。”負責人劉紅教(jiao)授介(jie)紹，為(wei)滿足(zu)實驗人員生(sheng)命需要，密閉的“月宮一號”中種植糧食、水果和(he)蔬(shu)菜。

美(mei)國宇航(hang)局近日傳出(chu)2015年“帶植(zhi)物去月球”的(de)計劃，而我國在近20年的(de)研究中(zhong)，已(yi)經完(wan)成了人和植(zhi)物封閉共存的(de)部分自給(gei)自足小(xiao)型實(shi)驗(yan)，小(xiao)麥、水稻、大豆(dou)、花生(sheng)、甜椒(jiao)、胡(hu)蘿卜、西紅柿、芫荽等十余種蔬菜糧食也已(yi)經通(tong)過了模擬環境的(de)考驗(yan)，等待(dai)著到月球生(sheng)長的(de)那天。

負責人(ren)劉紅透露(lu)，在寬闊的(de)“月宮一號(hao)”，不僅種有蔬菜，還將有糧食和(he)水果，滿足實驗人(ren)員的(de)全部氣體、水和(he)食物的(de)需(xu)要。

生保系統核心：植物

“我們(men)小時(shi)候(hou)，覺得(de)人(ren)登(deng)上月(yue)球是(shi)不(bu)可想(xiang)象的(de)(de)夢，可現在我國也能輕松(song)實現，很(hen)(hen)難(nan)說有一(yi)天，人(ren)類(lei)不(bu)會把(ba)植物種上月(yue)球。”劉(liu)紅(hong)是(shi)北京航空(kong)航天大學生物與醫學工程學院空(kong)間(jian)生命(ming)科學與生命(ming)保障技術中心(xin)主任，她對自己的(de)(de)研究很(hen)(hen)樂觀(guan)。她多次實驗的(de)(de)空(kong)間(jian)生物再(zai)生生命(ming)保障系統，就是(shi)要解決土(tu)生土(tu)長的(de)(de)地球人(ren)，登(deng)上太(tai)空(kong)后吃什么，呼吸什么，能生存多久的(de)(de)難(nan)題。

如何支持人類在(zai)太空長期(qi)健康生(sheng)活，長達數(shu)月(yue)甚至數(shu)年？科學家(jia)的共識(shi)是必(bi)須依(yi)靠一套(tao)空間生(sheng)物(wu)再生(sheng)生(sheng)命(ming)保障系統(BLSS)，國內也(ye)稱之為受控生(sheng)態生(sheng)命(ming)保障系統(CELSS)。

這套目前世界(jie)上最(zui)先進(jin)的(de)(de)閉環(huan)回路(lu)生(sheng)(sheng)命保(bao)障技(ji)術可(ke)以被通俗(su)地解釋為(wei)，在(zai)月球或火星等(deng)太空環(huan)境中(zhong)，將有限資(zi)源(yuan)進(jin)行反復處理與再生(sheng)(sheng)，從而源(yuan)源(yuan)不(bu)斷(duan)地生(sheng)(sheng)產食物、氧氣和(he)(he)水，確保(bao)為(wei)航(hang)天(tian)(tian)員提供最(zui)基(ji)本的(de)(de)生(sheng)(sheng)存必需品。因為(wei)航(hang)天(tian)(tian)時從地面向空間補給物資(zi)十分昂貴，在(zai)美(mei)國每千(qian)克花費1萬(wan)-10萬(wan)美(mei)元，而到(dao)月球和(he)(he)火星的(de)(de)長期(qi)空間飛行，幾(ji)乎不(bu)可(ke)能再補給。

在科學家基于空間環境(jing)特點，人(ren)工設計建造的密閉微生(sheng)態循環系統中，綠色植物(wu)，尤其是蔬菜，承擔了主要(yao)節點的重任。

光合作用(yong)下(xia)，綠色植(zhi)(zhi)物(wu)提供(gong)食(shi)物(wu)和氧氣(qi)，又(you)將二氧化(hua)碳和其他(ta)廢物(wu)“變(bian)廢為(wei)寶”，植(zhi)(zhi)物(wu)還是水凈化(hua)的(de)功臣，根系吸收和葉(xie)片蒸(zheng)騰參與系統的(de)水循(xun)(xun)環(huan)。微生物(wu)則擔(dan)負著下(xia)游的(de)收尾工作，降(jiang)解植(zhi)(zhi)物(wu)不(bu)可食(shi)用(yong)部分、乘員(yuan)排泄物(wu)和生活廢水等(deng)，使(shi)(shi)他(ta)們再(zai)生為(wei)植(zhi)(zhi)物(wu)提供(gong)水分和養(yang)料，為(wei)動(dong)物(wu)提供(gong)部分食(shi)品，使(shi)(shi)食(shi)物(wu)再(zai)生循(xun)(xun)環(huan)。

早在20世紀(ji)60年代，載人航天開啟之前，俄、美等國就在考慮(lv)人類未來在外太(tai)空長期(qi)駐留的生(sheng)命(ming)保障問題。建立由(you)植物(wu)、動物(wu)、微生(sheng)物(wu)、人以(yi)及(ji)其他(ta)構(gou)成的物(wu)質流不斷循(xun)環更(geng)新(xin)的閉(bi)路生(sheng)態系統，是科學家努力(li)的方(fang)向。

但最初開展的(de)封閉的(de)BLSS設計(ji)和空(kong)間應用研究，無論(lun)是在俄羅斯(si)還是美國的(de)實(shi)驗中(zhong)，綠色植(zhi)物(wu)都(dou)是缺席(xi)者。

擔(dan)此(ci)重任的是單細胞(bao)藻類，但俄羅斯科學(xue)(xue)家(jia)后來發現(xian)，盡管藻類放氧和(he)吸收二氧化碳的能(neng)力較強，但吃起來卻口(kou)感差，營養單一。如何建立(li)包含糧食蔬菜等高(gao)等植物的“太空農(nong)場”成了俄美科學(xue)(xue)家(jia)的研究(jiu)重點。

高輻(fu)射和微重(zhong)力極難模(mo)擬

但如何讓綠色植物在殘酷的月球環境里生長(chang)(chang)，忍受從(cong)零下175攝氏度到零上120攝氏度巨大溫差(cha)，忍受長(chang)(chang)達十幾天的漫漫黑夜(ye)，以及微重力等環境？

這些即將承擔(dan)大(da)任的(de)植物(wu)，需要滿足一系列(lie)在狹小、密閉、微重力、超真(zhen)空(kong)、強輻(fu)射的(de)空(kong)間環境生(sheng)(sheng)存(cun)特點(dian)，還(huan)要能發(fa)揮食物(wu)生(sheng)(sheng)產、大(da)氣再(zai)生(sheng)(sheng)與(yu)凈(jing)化、水分再(zai)生(sheng)(sheng)與(yu)凈(jing)化和廢物(wu)處理與(yu)再(zai)生(sheng)(sheng)等一種或幾種作用(yong)。

植(zhi)物是整個生保系統(tong)的核(he)心部分，篩選的植(zhi)物合適與(yu)否(fou)在很大程度(du)上決定著試驗(yan)的成敗。

那些體積小、培養技術簡單、易于繁(fan)殖和(he)(he)移(yi)植(zhi)，遺傳性(xing)狀(zhuang)穩定、生長快(kuai)、周期短、產量高、可食(shi)部分比值(zhi)高，抗病和(he)(he)抗逆(ni)性(xing)強的(de)植(zhi)物優(you)先被挑選，科學家還注意(yi)到，主(zhu)要作(zuo)為食(shi)物的(de)它們，要符合人們的(de)飲食(shi)文化習慣，并能滿(man)足(zu)食(shi)譜的(de)多(duo)樣化，還要具備一些本國特點。

微生物領域(yu)的金針(zhen)菇(gu)(gu)、平菇(gu)(gu)、酵母(mu)菌，藻類中的螺旋(xuan)藻、小球藻等(deng)，還有(you)研(yan)究(jiu)中我國首次引入的水生蕨類植物紅萍(ping)成為科學家選中的第一批實(shi)驗者(zhe)。

研究初期，歐美各國均把目標集(ji)中(zhong)在葉菜類上，希望為宇航員提(ti)供新鮮蔬(shu)菜，實驗中(zhong)生菜成為外國科(ke)學家(jia)的最愛。

我(wo)國也把目(mu)標集中在葉菜類(lei)(lei)上。1997年(nian)，我(wo)國航天醫(yi)學工程研究院聯合中科(ke)院的多家研究所進行(xing)了(le)植物(wu)選育(yu)，從十(shi)幾種葉菜類(lei)(lei)蔬菜中選出生菜、油菜、白(bai)菜和豌(wan)(wan)豆苗，實(shi)驗證實(shi)，其中更符合我(wo)國人口味的油菜和白(bai)菜被認(ren)為是非常理想(xiang)的“太空(kong)食品(pin)”。而豌(wan)(wan)豆幼(you)苗則勉強(qiang)通過(guo)了(le)密閉(bi)環境的考驗。

聯(lian)合研(yan)究團隊在試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)結(jie)論中不無擔(dan)憂(you)：“這些通過(guo)地(di)面(mian)(mian)實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)或短期空間搭載實(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)篩(shai)選出的物種，是(shi)否確實(shi)(shi)可行(xing)，還必須(xu)進(jin)一步通過(guo)大(da)量地(di)面(mian)(mian)模擬和(he)空間飛行(xing)試(shi)驗(yan)(yan)(yan)(yan)進(jin)行(xing)驗(yan)(yan)(yan)(yan)證(zheng)”。

上月底，英國《新科學家》周(zhou)刊網(wang)站報(bao)道稱(cheng)，美國航(hang)天局正在(zai)開發一個含有(you)5天空氣(qi)用量的密封(feng)種(zhong)植罐，罐內的植物(wu)種(zhong)子可(ke)以在(zai)浸(jin)泡過營養(yang)液的過濾紙上發芽。這(zhe)個重1公斤的小“溫(wen)室”將成(cheng)為某次不載人(ren)的登月行(xing)動(dong)中的一個付費搭載項目，行(xing)動(dong)很(hen)可(ke)能計(ji)劃(hua)于2015年底由(you)月球捷運公司完成(cheng)。

這次行動(dong)成為(wei)人們對真正的(de)(de)(de)植物在月球上(shang)生長最切近(jin)的(de)(de)(de)期盼，受限于航空器的(de)(de)(de)空間和(he)重量限制，我國實驗室里的(de)(de)(de)植物還沒有登上(shang)月球的(de)(de)(de)福利。

“因(yin)為月(yue)球高輻射(she)和微(wei)重力的(de)環境在地球上極難(nan)模(mo)擬，目前地面實(shi)驗只是在做生命保障(zhang)系統的(de)封閉(bi)性物質循環實(shi)驗上完善(shan)。”劉紅介紹說，但十年(nian)前，俄羅斯就在國際空間(jian)站建成(cheng)了“空間(jian)溫室菜園”，20余次植物培養試驗培養了甜豆、番(fan)茄、小麥和生菜等多種植物。