①月面示意圖。 ②手繪嫦娥四號生物科普實驗載荷示意圖。月球沿著橢圓形軌道，運行至近地點附近時就會讓人們覺得格外大而明亮，被稱為超級月
①月面示意圖。 ②手繪嫦娥四號生物科普實驗載荷示意圖。
月球沿著橢圓形軌道，運行至近地點附近時就會讓人們覺得格外大而明亮，被稱為“超級月亮”。近日，適逢“超級月亮”當空，全球各地對其關注度顯著上升。而對很多中國人來說，抬頭仰望那輪“超級月亮”時除了欣賞贊嘆之外，還有發(fā)自心底的牽掛。因為就在那皎潔的明月之上，我們的嫦娥四號正在那里，經(jīng)受著月夜超低溫的嚴酷考驗。
月面環(huán)境是可怕的，白天最高溫度高近130攝氏度，最低則低于零下180攝氏度，無疑是生命的禁區(qū)。然而，嫦娥四號自月背軟著陸以來不僅頑強地“生存”下來，而且成功進行了一系列科學探測活動，其中包括進行了月面生物科普實驗，在那個絕世寂寥的天地間生長出第一片綠葉，創(chuàng)造了人類月球探測的歷史。
近日，嫦娥四號生物科普實驗載荷的總設計師、教育部深空探測聯(lián)合研究中心副主任謝更新接受了本報專訪，揭秘了本次實驗背后鮮為人知的故事。
①旨在激發(fā)探索熱情和環(huán)保意識
嫦娥四號生物科普實驗最早可追溯到2016年。彼時，國防科工局、教育部、中國科學院等聯(lián)合開展月球探測載荷創(chuàng)意設計征集活動。重慶大學聯(lián)合教育部深空探測聯(lián)合研究中心提出的“月面微型生態(tài)系統(tǒng)”設計方案從征集活動的眾多方案中脫穎而出，成為嫦娥四號搭載項目的中選方案。
該研究中心掛靠重慶大學，依托重慶大學的科研平臺，開展深空探測領域研究。作為聯(lián)合研究中心核心成員之一，謝更新參與了征集活動，并在方案設計中起到特殊重要作用，他后來也因此被選拔為嫦娥四號生物科普實驗載荷總設計師。
對載荷設計創(chuàng)意，謝更新回憶說：“時任聯(lián)合研究中心主任鐘志華鼓勵我們開拓思路，設計的實驗要既能推動學科發(fā)展，又能引起大眾關注宇宙的熱情和激發(fā)保護環(huán)境的意識。”我們設計團隊據(jù)此進行頭腦風暴，最終拿出了別具一格的月面生物實驗的方案。”
在生物科普實驗載荷項目的準備過程中，載荷團隊遇到各種問題。他們憑借著航天精神，在實驗物種篩選、罐體工程設計、地面驗證試驗等方面，逐項解決問題。
謝更新手捧嫦娥四號生物科普實驗載荷留影。
②“我們還考慮過搭載烏龜!”
嫦娥四號生物科普實驗載荷搭載了棉花種子、油菜種子、酵母和果蠅卵等。雖然種類并不多，但是把這幾類從眾多生物物種中選擇出來并不容易。謝更新介紹說，課題組為此花費了兩年時間，囿于各種因素的限制，期間，選取的物種更換了多次。
蠶卵曾入選為本次實驗對象。謝更新解釋說，理由有兩條：一是人們對其熟識程度高。蠶可謂家喻戶曉，很多人可能還有養(yǎng)蠶經(jīng)歷。與之相比，人們對果蠅或者酵母就顯得陌生。選蠶更有利于更好地做科普工作。二是文化內(nèi)涵豐富。中國自古以來就以絲綢文明天下，古絲綢之路大大促進了東西方交往，今天的“一帶一路”倡議也源于此。此外，蠶吐絲、結繭、破繭成蝶象征著中華民族實現(xiàn)蝶變。然而，遺憾的是，由于客觀條件限制，載荷不具備蠶從破卵到成蝶的周期保障能力，蠶卵選項被迫取消了。
謝更新透露，開始階段，工程約束性不是很大，課題組思路很開放，甚至考慮過搭載烏龜，寓意其與玉兔二號賽跑，彰顯中國文化色彩。但是由于尺寸、活動空間、氧氣的制約，烏龜也被放棄了。
實驗科普團隊最終確定圍繞三大目標進行物種選擇。一是具有生物實驗意義，二是達到科普知識的目的，三是向世界展示中國重大工程技術能力和水平。最終入選的是“棉花種子、油菜種子、擬南芥種子、馬鈴薯、酵母和果蠅卵”。
③多方面多學科通力合作
嫦娥四號生物科普實驗載荷匯聚了眾多部門科研人員的智慧，參與其中的，除了深空探測聯(lián)合研究中心實驗團隊、重慶大學的相關人員之外，還包括來自湖南大學、北京航空航天大學、哈爾濱工業(yè)大學、中國航天科技集團等高校團隊和企業(yè)團隊，領域涉及機械、控制、環(huán)境、生物、光學、能源等。
“生物科普實驗不僅是項研究，而且是工程項目。要實現(xiàn)工程化，必須要凝聚幾個核心團隊。”謝更新教授表示。各專業(yè)團隊分工合作，做好自己承擔的工作。例如，位于山東省煙臺市的航天513所，在實驗載荷的整機工程化做出了重要貢獻。該所負責控制分系統(tǒng)中控制電路硬件研制、軟件編程、整機裝配及焊裝、熱控實施和部分環(huán)境試驗。接到任務后，513所迅速整合所內(nèi)外資源，組織經(jīng)驗豐富的技術骨干，開展產(chǎn)品研制。這也是該所繼神舟九號之后再一次在太空生物實驗領域的重要實踐。
大工程更要出細活。實驗科普團隊在細節(jié)上下足了功夫。在載荷生物的采光方案上，謝更新說：“當時在載荷上有兩種方案，一種是使用白熾燈光，這種技術已經(jīng)很成熟了;第二種是采用自然光，但是沒有現(xiàn)成的方案。我們考慮到這次載荷不僅僅只是想做一個太空生物研究而已。最重要的是向大眾普及生物學知識，比如說在月面的光合作用。所以在載荷上，我們花費了大量的時間和精力采用了特殊的裝置，以達到使用月面太陽自然光的目的，雖然難度大大增加，但意義更大。”
④豐富成果與國際社會共享
嫦娥四號登陸月球背面是人類第一次，沒有詳細歷史數(shù)據(jù)可參考，也無經(jīng)驗可借鑒。對于實驗載荷來說也是如此，團隊只能對月背環(huán)境進行分析預測，難免有誤差。為盡可能適應軟著陸后月背地面溫度，實驗團隊選擇了耐低溫的和耐高溫的6類生物。此舉被證明是非常有遠見的。傳回的數(shù)據(jù)顯示，軟著陸時，載荷內(nèi)溫度達30多攝氏度，而此前預測的溫度是20攝氏度。喜溫耐熱的棉花種子順利完成了高溫下發(fā)芽生長的過程，摘下了“月球第一片嫩芽”的桂冠。
受重量3千克的約束，載荷還需要包括罐體、水、土壤等必需品，所能承載的資源非常有限。對實驗載荷的圖像捕捉只能通過兩部傻瓜相機傳回的照片來實現(xiàn)。特殊的環(huán)境對相機在抗輻射、抗高低溫、抗震動、真空等方面提出了異?？量痰囊?，使得其功能盡可能簡單，比如沒有調(diào)焦等功能，也不能移動。
謝更新透露說：“專家在分析兩部傻瓜相機拍攝傳回的照片時，高度懷疑其他種子也發(fā)芽了，果蠅卵也可能發(fā)育孵化了。但是圖片中只有棉花發(fā)芽是非常清楚的，所以經(jīng)過審慎考慮，我們只對外公布確認了棉花種子發(fā)芽。雖然略有遺憾，但是載荷團隊仍然收獲頗豐。”
謝更新說，實驗載荷團隊向公眾發(fā)布了數(shù)張實驗圖片，還有近400張正用于科學研究，揭示種子在微重力、高輻射、高真空、高溫差的特殊環(huán)境下，生長發(fā)芽的特點。
“當然，這些數(shù)據(jù)是開放的，歡迎外國同行合作研究，為人類更好認識和利用月球環(huán)境創(chuàng)造條件。目前，歐美、中國都有建設月球基地的規(guī)劃，其中必然涉及生物活動。這次實驗是一次重要的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗技術的積累，為未來月球基地的建設奠定研究基礎。”謝更新最后表示。(賴 杰)
