仰望星空 在“大罐子”里測試人類如何擺脫“搖籃”

原標題：仰望星空,在“大罐子”里測試人類如何擺脫“搖籃”

航天員在遠離地球的太空中能否長期生活?中國“月宮一號”科研團隊14年不懈努力相關(guān)研究攀上世界巔峰

實驗志愿者正在植物艙內(nèi)采集植物(2017年7月18日攝)。本報記者劉婧宇攝

2017年末,為人津津樂道的事件之一是中國科學(xué)家潘建偉入選英國《自然》雜志2017年度十大人物,然而很少有人注意到,《自然》雜志2017年度最佳科學(xué)圖片中,也有我國科學(xué)家的身影:一幅名為《ISOLATION　ZONE》(隔離區(qū))的照片中,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。這張照片拍攝自“月宮一號”科研團隊。

“從明天起,關(guān)心糧食和蔬菜。我有一所房子,面向月球,春暖花開。”這不是類似海子般的抒情,而是“月宮一號”團隊每天需要極其嚴謹?shù)貙Υ目茖W(xué)實驗——“月宮365”計劃,即在3個完全密閉的圓柱形“大罐子”中生活365天。“月宮一號”是我國第一個、世界上第三個生物再生生命保障地基有人綜合密閉實驗系統(tǒng),更是世界上第一個成功的四生物鏈環(huán)系統(tǒng)。

為了這個實驗,“月宮一號”科研團隊苦心鉆研14載,從“沒人相信”到“成功運行”,終于使我國“閉環(huán)回路生物再生生命保障”技術(shù)達到了世界一流水平。

癡心——有夢想的人是幸福的

“航天之父”齊奧爾科夫斯基曾說過:“地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠被束縛在搖籃里。”“閉環(huán)回路生物再生生命保障系統(tǒng)‘月宮一號’是能與地球媲美的‘微型生物圈’,可實現(xiàn)航天員在遠離地球的太空長期生活的目標。”“月宮一號”首席科學(xué)家劉紅說。

這是一種當今世界上最先進的閉環(huán)回路生命保障技術(shù),是未來月球、火星基地等載人深空探測所需的十大關(guān)鍵技術(shù)之一。在這個鮮有人關(guān)注的領(lǐng)域鉆研十幾載,劉紅不覺得苦。她經(jīng)常在開學(xué)典禮上對新同學(xué)說“有夢想的人是幸福的”,希望入學(xué)的年輕人有篤定的理想信念并執(zhí)著追求。在生物再生生命保障技術(shù)領(lǐng)域孜孜以求地不停探索,就是劉紅的“幸福”。

劉紅教授是北京航空航天大學(xué)(以下簡稱北航)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的博士生導(dǎo)師,也是國際宇航科學(xué)院院士和俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士。她個子不高,披肩發(fā)整齊地挽一個發(fā)髻,講每一句話都很謹慎。

1989年,因為治學(xué)嚴謹,加之俄語基礎(chǔ)好,劉紅成為公派留學(xué)生到莫斯科大學(xué)留學(xué)。那時,恰逢蘇聯(lián)政局動蕩,當?shù)匚镔Y極度匱乏,許多留學(xué)生竟從中發(fā)現(xiàn)商機,開始兼職“做生意”。他們從國內(nèi)買商品帶到蘇聯(lián)去賣,一轉(zhuǎn)手就是將近十倍的利潤。

上世紀九十年代的中國,老百姓收入水平普遍較低,少有人能面對如此暴利而不動心,但劉紅沒有。她說,“國家每個月都給補助,夠用了。”談到那些“倒爺”同學(xué),她眼中有一絲黯淡,“他們中很多都移民了,現(xiàn)在基本沒有人在做科研”,之后是許久的沉默。

1994年,劉紅從莫斯科大學(xué)獲得環(huán)境保護專業(yè)博士學(xué)位回國后,一直在環(huán)境與生態(tài)領(lǐng)域探索。1998年,由美、俄、日、加等16國合作的國際空間站開始建設(shè)時,我國就希望積極參與國際空間站計劃,但是掌握主導(dǎo)權(quán)的一些國家為了防止航天技術(shù)的擴散,拒絕中國加入。

回想這段已被塵封許久的往事,劉紅仍憤憤不平:“他們一開始就不想讓我國加入,但是還假惺惺地讓你遞交申請書,讓你把底牌全亮出來然后再拒絕你。”懷著強烈愛國心,這種被排斥的感覺讓她很難受。

看到蘇聯(lián)在上世紀七十年代研發(fā)出的“生物再生生命保障系統(tǒng)”,如同心被撞到一般,劉紅終于找到了自己的興奮點:我這輩子就要做這個!實驗若能實現(xiàn)高度閉合、甚至完全閉合,人類在地外生存就會解決時間、資源等一系列問題。

劉紅和她的團隊瞄準了國家載人深空探測的重大需求,開始了漫長的探索之旅。

恒心——從“沒人信”到“不敢信”

“如果你知道自己要去哪兒,那么全世界都會為你讓路”,這句雞湯文對于劉紅來說,只適用前半句,她知道自己要做什么、要做成什么,但是面對的是障礙重重,沒有人看好這個項目,沒有人知道該從哪里入手。

她一遍遍做實驗,同時如饑似渴地大量翻閱俄文文獻,從有限的相關(guān)材料中發(fā)現(xiàn)的每一點“蛛絲馬跡”都能讓她興奮。

從零開始,劉紅帶領(lǐng)的“月宮一號”科研團隊不斷改進方向,艙內(nèi)適用生物篩選從大型動物到蠶,再到黃粉蟲,實驗一步步成型。

探索總是艱辛的,沒有突破之前,劉紅團隊的研究經(jīng)常被人笑為“紙上談兵”。那些年,去參加國際學(xué)術(shù)研討會,她在臺上做報告時明顯聽到周圍有不友好的聲音,里面夾雜著嘲笑、懷疑,會議茶歇的時候也沒有人愿意和她交流。面對冷遇,她并沒有一笑了之,而是倔強地轉(zhuǎn)身,繼續(xù)默默埋頭于實驗研究。

“月宮一號”是為測試月球基地的生命保障系統(tǒng)而設(shè)計,要將它變?yōu)楝F(xiàn)實,光靠理論和數(shù)據(jù)是不行的,得有場地,有經(jīng)費,有人力物力的全套支撐。但在十幾年前,很難有人有如此超前的理念,理解并支持她。甚至有人說:“你這個項目太遙遠,科研經(jīng)費要顧要緊且能看見成效的項目。”

那段時間,劉紅成了一名“推銷員”,她一遍遍地寫申請、打報告,大會小會上見縫插針地推薦“月宮一號”。

終于在2012年,“月宮一號”項目獲批,實驗艙就建在北航校園內(nèi)曾經(jīng)陳列教學(xué)用飛機的那塊地上,因為能承受數(shù)噸重的飛機,地面承壓能力夠強,可以省去打地基的步驟。

論證,立項,選址,建設(shè),每一步都不易。

2012年,是劉紅有生以來最累的一年,日常教學(xué)照常進行,課后不僅得盯著實驗,“月宮一號”實驗艙每一步的建設(shè)更得操心。實驗艙內(nèi)要實現(xiàn)固體物質(zhì)、空氣和水的三大循環(huán),并且滿足實驗員的長期居住,對設(shè)備的要求非常高。在經(jīng)費有限的情況下,每一分錢如何實現(xiàn)效用最大化,每種設(shè)備該用什么級別,如何讓滿足需求的生產(chǎn)廠家供貨……一個個問題接踵而至,毫不夸張地說,她夢里都在琢磨解決辦法。

談起6年前的建設(shè)過程,劉紅仍十分感動,“這些設(shè)備很多都是愛國企業(yè)家的支持,有的是廠家專門為我們生產(chǎn)的,比如艙內(nèi)植物生長的光源,市場上的民用光源達不到實驗標準；空調(diào)設(shè)備,廠家也只收了很少的成本費用；還有實驗員食用的無污染綠色豬肉,也是廠家將最高標準的豬肉贊助給我們。感謝這些有夢想、有愛國情懷的企業(yè)家。要不是他們的支持,這個實驗艙造價起碼得翻一倍!”劉紅說,初步算賬,起碼節(jié)省了兩千多萬元,“但這個經(jīng)驗不值得推廣,我們省錢是被‘逼’出來的。”

在實驗艙即將完工之時,俄羅斯科學(xué)家依然不相信劉紅及其科研團隊能達到如此高的技術(shù)水準。就在2013年元旦,“月宮一號”團隊給俄羅斯的科學(xué)友人發(fā)去新年祝福電子賀卡,其中附了幾張“月宮一號”的樣圖。這幾位俄科學(xué)家在新年聚會上打開了這張賀卡,一致“贊許”:“他們‘畫’得真好!”

得知此事,劉紅并不氣惱,而是將這幾位科學(xué)家列入了即將召開的國際學(xué)術(shù)交流會邀請專家名單。

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)家受邀來華進行學(xué)術(shù)研討。劉紅仍記得那位俄羅斯科學(xué)家的反應(yīng):他站在實驗基地門口將近一分鐘,后來慢慢走進來,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,他依然不相信眼前這個實驗裝置是真的。當天晚上10點左右,會議結(jié)束了,這位科學(xué)家提出還要去實驗艙看,他擔(dān)心白天看到的只是“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。

被震撼到的這位俄羅斯科學(xué)家在大紅的留言簿上洋洋灑灑寫了一整頁。

不過他的熱情鬧了個小烏龍,由于看不懂中文,他分不清留言簿的正反面,結(jié)果寫到了留言簿的最后一頁,還是倒著的。得知自己寫反了,他要求一定要正著重新寫一次,才能表達敬意。于是,那個被珍藏的留言簿上就有了一正一反兩大段同樣的留言。

2014年5月,“月宮一號”成功進行了為期105天的密閉實驗,已經(jīng)實現(xiàn)很高的穩(wěn)定性和閉合度,成為世界上首個成功的四生物鏈環(huán)系統(tǒng)。當年9月,該項目以排名第三的成績?nèi)脒x“新中國65年十大引智成果”；2015年伊始,“月宮一號”團隊再次榮獲“2014北京榜樣”特別獎。

在國際會議上,劉紅團隊不再被冷落,NASA也專門邀請劉紅去做講座。面對突如其來的熱情,劉紅很淡定,她說:“我只談我們現(xiàn)在達到的技術(shù)水平,關(guān)于核心技術(shù)內(nèi)容我一丁點兒也不說。”

用心——艙內(nèi)生活嚴肅活潑

目前,世界上時間最長、閉合度最高的“月宮365”計劃還在進行,艙內(nèi)實驗志愿者正在進行第三班實驗,也是最后一班,他們是年初1月26日入的艙,預(yù)計在5月15日出艙。

“月宮一號”實驗基地里,監(jiān)控室門口的倒計時牌有條不紊地提醒著時間的流逝,一號艙門把手上,一個紅紅的中國結(jié)在靜靜等著實驗成功。

經(jīng)過二期升級,現(xiàn)在的“月宮一號”由一個綜合艙和兩個植物艙組成,綜合艙面積42平方米,是集客廳、工作間、廚房、餐廳多功能一體的交流間；每個植物艙面積約50平方米,實驗員把這里當做一個“開心農(nóng)場”,“農(nóng)場”里種著小麥、大豆、玉米等糧食作物,還有胡蘿卜、黃瓜、生菜等蔬菜作物,種植作物共計35種,他們分批次播種,每天都能感受豐收的喜悅。

照片中紫紅色的光是根據(jù)植物生長狀況調(diào)節(jié)而成的人造光源,控制了植物的生長速率,也就保證了實驗艙內(nèi)氧氣的含量。

去年7月,《新華每日電訊》記者第一次去“月宮一號”實驗基地時,實驗員胡靜斐正坐在監(jiān)控室里盯著監(jiān)控平臺,她是第一批入艙志愿者,出艙后已經(jīng)平安度過了7天的隔離期。出艙當天,北航黨委書記張軍院士、中國載人航天工程總設(shè)計師周建平院士、中國空間技術(shù)研究院空間站項目副總設(shè)計師侯永青等人都來為他們加油鼓勁。

什么樣的人才適合當艙實驗員呢?劉紅說,除了最基本的熱愛祖國航天事業(yè)、身體素質(zhì)過硬外,必須“比較宅”,才能承受住長期封閉生活的考驗。因為在隔離封閉的環(huán)境中,缺少足夠的隱私空間和單調(diào)的工作任務(wù)會增加實驗員的孤獨感和無聊感,長期隔離甚至?xí)霈F(xiàn)嚴重的恐懼、憤怒等情緒。

實驗員劉佃磊皮膚較黑,說話不緊不慢,還帶著點山東口音,很符合劉紅說的“比較宅”的特點,他也是第一批進艙的志愿者?；貞浧鹋搩?nèi)生活,他總結(jié):“每天都很忙。”

老百姓開門7件事:柴米油鹽醬醋茶,在實驗艙內(nèi)的生活也不例外。告別了學(xué)校食堂的美味,劉佃磊每天的工作之一就是“磨面”:將艙內(nèi)成熟小麥磨成全麥面粉。

他還記得第一天入艙的“囧態(tài)”:那天大家計劃午飯吃全麥饅頭,就等劉佃磊的面了,他手忙腳亂地磨著,耗費了太多時間,導(dǎo)致沒有時間發(fā)面做饅頭；大家只好將食譜改為面條,結(jié)果發(fā)現(xiàn)全麥面團韌性不夠,面條一碰就斷；只好又降低要求,于是當天中午吃的是面片湯。

艙內(nèi)實驗員食物中蛋白質(zhì)的重要來源之一是黃粉蟲。從大型生物、小型生物到微生物,種類有成千上萬種,最終選定黃粉蟲,并非偶然。

曾經(jīng)的實驗證明,大型動物,比如牛、羊,并非理想選擇。因為在密閉狹窄空間中,孤單的實驗員會在每天的飼養(yǎng)中對有限數(shù)量的動物產(chǎn)生感情,如果最終為了生存而吃掉每天朝夕相伴并親手喂養(yǎng)的動物伙伴,會產(chǎn)生強烈的心理波動,有的實驗員甚至?xí)虼硕癖罎ⅰ?/p>

于是,“月宮一號”科研團隊提出將昆蟲類作為生命保障系統(tǒng)候選動物,昆蟲不僅飼養(yǎng)數(shù)量不大,人不會和其建立感情依賴,而且飼養(yǎng)過程中很少產(chǎn)生環(huán)境污染。劉紅最先提出將蠶作為將來宇航員的蛋白來源,而后又篩選出黃粉蟲。黃粉蟲不僅能提供優(yōu)質(zhì)的動物蛋白,又因為它能以系統(tǒng)中植物的秸稈、蔬菜老葉等為食,可作為系統(tǒng)廢物處理的環(huán)節(jié)之一。

當實驗志愿者的日子里,劉佃磊學(xué)會了吃黃粉蟲,將黃粉蟲放在平底鍋中炒至酥脆,然后與小麥一起粉碎制成面粉,經(jīng)發(fā)面蒸成饅頭；或是用植物油炒熟直接食用。他調(diào)侃說:“油炒之后的黃粉蟲味道與油炸螞蚱味道類似,可以用4個字概括‘香、嫩、酥、脆’,余味微苦,但香味回味悠長!”實驗艙內(nèi)有無線網(wǎng)絡(luò),他還時不時在朋友圈里秀一秀廚藝。

除了實驗任務(wù),實驗員也有一些自己的業(yè)余時間,大家會看文獻、寫論文、聽廣播、練書法、蹬單車等,胡靜斐說:“顧不上無聊了。”

信心——仰望星空永不止步

每位實驗員在綜合艙內(nèi)住的都是“膠囊公寓”,臥室約2米長、1.5米寬,一張約1.2米寬的小床就占據(jù)了大部分空間,床邊放著一把折疊椅子,靠墻是一個小書桌,墻壁上安裝壁掛式開放儲物柜。

從早晨6點半起床測血壓稱體重開始,一日三餐分工協(xié)作,加之每人都有負責(zé)的實驗項目,到晚上11點熄燈時,大家都很疲憊。

實驗志愿者高寒將艙內(nèi)的生活概括為“生存以上,生活以下”:“生存以上”是指這里有生命保障的基礎(chǔ)；“生活以下”,說的是在這里的每一天、每個人做的大事小情,都是實驗,包括情緒波動等一切細節(jié)都會轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù),所以也就不能簡單稱之為生活。這一切看似瑣碎的積累都是為了將來人類在地外能夠舒適地生活。

“月宮一號”科研團隊會通過電話訪談和分析日志來了解實驗員情緒、需求等心理狀態(tài)的變化；艙外有30人組成的科研團隊24小時值班監(jiān)控,會利用行為表情分析軟件分析艙內(nèi)實驗員的情緒變化。

當問到二組的艙內(nèi)實驗志愿者王偉是否焦慮時,她也坦言:“焦慮啊,同年級的都在找工作,實驗時間剛好錯過了秋招和國考。但是我不后悔,進艙后悔一年,不進艙后悔一輩子。”

除夕那天,“月宮365”計劃依然有條不紊地進行。高寒說:“過節(jié)不過節(jié),對于我們來說并沒有多大的區(qū)別。我們依然要按照日程,完成對植物的日常維護,做健康情緒方面的記錄,空氣、材料、植物、微生物相關(guān)的取樣,水處理,固體廢物處理,可靠性分析等等。不過大家也‘螺螄殼里做道場’,利用有限的食材做出了四菜一湯的豐盛年夜飯。”

1月26日,“月宮365”計劃進行了260天,也是第二組艙內(nèi)實驗志愿者連續(xù)密閉獨立生活200天,打破了由俄羅斯科研人員創(chuàng)造的在生物再生生命保障系統(tǒng)中連續(xù)駐留180天的世界紀錄。今年5月份,“月宮365”計劃結(jié)束時,將創(chuàng)造新的世界紀錄。

目前,“月宮一號”科研團隊已經(jīng)取得了大量寶貴實驗數(shù)據(jù),為我國未來深空探測生物再生生命保障系統(tǒng)積累了大量科學(xué)數(shù)據(jù),也使得我國在航天生物再生生命保障領(lǐng)域走在了世界前列。

一個當初沒有多少人看好的夢想,最終打破世界紀錄,成為國人驕傲,劉紅體會到了生命中“極大的獲得感”。“覺得這半輩子過得真值。”劉紅說,我們的研究從2004年開始到現(xiàn)在,14年間很多青年才俊都投入進來,他們做了非常大的貢獻。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,“這是我們大家念茲在茲的星空夢。”對于將來的科研,劉紅很有信心:“以終點為起點,我們仰望星空永不止步!”（劉婧宇）