中國于2019年在月球上建立了一個微型農場，它是怎么做到的？

2025-12-08 21:03:15 分類：百科 閱讀(765)

中國的嫦娥四號著陸器在月球表面。信用:uux.cn/CNSA/CLEP
（神秘的上建地球uux.cn）據《今日宇宙》（馬特·威廉姆斯）：2019年1月3日，中國的微型嫦娥四號著陸器在月球的遠端著陸，并部署了玉兔號火星車。農場除了許多儀器之外，中國漫游者還攜帶了一項重要的于年月球科學實驗，稱為生物實驗載荷(BEP)。上建在接下來的微型八天里，這個有效載荷進行了一項重要的農場實驗，試圖在月球上種植第一批植物。中國有效載荷中包括棉花、于年月球馬鈴薯、上建擬南芥和油菜籽，微型以及蒼蠅卵、農場酵母和18毫升(0.6液體盎司)的水，水保持在恒定的大氣壓下。
這項實驗的結果將有助于為未來的生物再生生命支持系統(BLSS)提供信息，這將證明對近地軌道以外的棲息地和飛行任務至關重要。來自中國的一個科學家小組最近發布了一項研究，該研究回顧了這項實驗、其結果及其對未來月球、火星和其他深空探測任務的潛在影響。正如他們得出的結論，實驗證明，盡管有強烈的輻射、低重力和長時間的強光，植物仍可以在月球上生長。
該團隊由來自空間探索中心、航天工程學院、重慶大學塊莖和塊根作物生物學和遺傳育種重點實驗室、中國電子科技大學和成都中國農業科學院空間生物學實驗室的研究人員組成。
他們的分析結果分別發表在6月20日的《微重力科學與技術》和10月17日的《航天學報》上。
出于許多原因，在月球、火星和太空棲息地種植植物是必不可少的。除了提供營養來源和減少再補給任務的需要，它們還將去除二氧化碳和提供新鮮氧氣，幫助回收廢物，并有助于機組人員的幸福感。傳統的環境控制和生命支持系統(ECLSS)依賴于最終會損壞并需要更換的機械部件，而生物再生系統可以隨著時間的推移自我補充。
這使得BLSS技術成為深空任務的理想選擇，在那里補給的機會很少。多年來，宇航員在國際空間站(ISS)上進行了涉及植物生長和藻類的實驗——如蔬菜生產系統(Veggie)、被動軌道營養輸送系統(PONDS)、高級植物棲息地(APH)和植物棲息地航空電子實時管理器(PHARM)。然而，仍然不確定地外天體的自然環境將如何影響BLSS的功能。
第一作者謝更新是重慶大學空間探索中心的環境工程教授，也是BEP的首席設計師。正如他通過電子郵件向《今日宇宙》解釋的那樣，在太空培育植物的能力是在地球以外建立基地的必要一步:
“在月球、火星和其他地外行星上建立生存基地時，不可能從地球上運送更多的東西。就地利用資源生產氧氣和食物的需求尤為重要，是建立生存基地的第一步，因此植物種植實驗非常重要。”

2019年1月7日從地球控制實驗內部拍攝的圖像。學分:uux.cn/CNSA/重慶大學
第一個生物實驗
由重慶大學開發的BEP有效載荷是人類在月球遠端進行的第一次生物實驗。該實驗的目的是評估月球表面條件(低重力、強輻射和強光)對地球生物生長和健康的影響。有效載荷重2.608千克(5.75磅)，高198毫米，直徑173毫米(7.75×6.8英寸)，總體積為0.82升和0.42升生物活動空間。陽光通過導管進入，讓里面的植物進行光合作用。
這六個組成部分構成了生產者、消費者和分解者，是一個正常運轉的生態系統所必需的所有要素。植物通過光合作用產生氧氣和養分，并由果蠅維持。與此同時，酵母將充當分解劑，處理蒼蠅和死亡植物的廢物，為生態系統創造額外的營養。正如謝所說，這次實驗是同類實驗中的第一次，旨在解決科學家對月球環境的擔憂:
“在我們的實驗之前，許多科學家擔心植物在月球強烈的光照強度和強烈的輻射條件下無法發芽，所以我們特意利用月球上的自然陽光進行光合作用，而不是人造光。與此同時，我們的生物有效載荷并不是為了防輻射而設計的，這證明了植物仍然可以在月球的強烈輻射條件下生長。”
在著陸器到達表面的幾個小時內，生物圈的溫度被調整到24攝氏度(75.2華氏度)，種子被澆水。1月15日，據報道，棉籽、油菜籽和馬鈴薯種子已經發芽，BEP內部的圖像也被公布。
“這個有效載荷中有動物、植物和微生物，在一個封閉的環境中創造了一個微生態系統，”謝更新當時說。“我們把太陽光引導到鐵皮內部，比地球上強多了。我們將研究它們在強烈陽光下的光合作用，并與地球上的實驗進行對比。”

《CNSA伙伴關系指南》中的ILRS形象(2021年6月)。信用:uux.cn/CNSA
結果
第二天，隨著月夜的到來，實驗進入了一個新的階段，外部溫度降至零下52攝氏度(-62華氏度)，實驗未能保持舒適的溫度。隨著溫度持續下降，最終達到零下190攝氏度(-310華氏度)，實驗繼續測試BEP的壽命。最終，據報道，發芽的植物已經死亡，土豆未能發芽，果蠅未能孵化。實驗的總運行時間是9天，而不是計劃的100天。但正如謝所表示的那樣，獲得了有價值的情報。Xi說:
“雖然我們的植物可以在月球的自然陽光和輻射條件下生長，但這些植物的安全性尚未得到評估。是否健康還需要進一步研究。我們的實驗也展示了在月球上生存有多難，如何度過月夜。我們首次在月球上為人類進行的生物實驗充分證明，可以在月球上建立再生生態系統，建立人類基地。”
展望未來，謝和他的同事們計劃進行進一步的實驗，包括穩定的熔巖管，中國也在考慮作為一個潛在的基地。“我們首次將地球上的6個物種送到月球上進行生物實驗，這為在月球上建立人類生存的基地奠定了重要的里程碑，”他說。“我們團隊現在正在進行如何利用月球熔巖管洞穴建立人類基地和太空農場實驗的研究。”
在不到兩年的時間里，美國宇航局計劃自阿波羅時代以來首次將宇航員送上月球。中國希望通過在2030年前將第一批宇航員送上月球的南極地區來做同樣的事情。這些機構和其他機構(如歐空局、Roscosmos和印度空間研究組織(ISRO))的長期目標無非是在月球上建立一個永久性的人類前哨，使研究、探索、國際合作和深空任務成為可能。這其中的一個重要方面就是利用當地資源來滿足船員的需求。
確保穩定的食物供應、可呼吸的空氣和船員健康(身體和精神)的最好方法之一是建造可以容納溫室和植物實驗的棲息地。簡而言之，宇航員必須帶著地球生物圈的元素在外星環境中生活、工作和繁衍。這項研究的教訓將有助于為任何打算跟進的人鋪平道路。