實(shí)驗(yàn)志愿者正在植物艙內(nèi)采集植物(2017年7月18日攝)。  

仰望星空，在“大罐子”里測試人類如何擺脫“搖籃”

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(gè)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(shí)驗(yàn)艙中做實(shí)驗(yàn)。這張照片拍攝自“月宮一號”科研團(tuán)隊(duì)。

“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(tuán)隊(duì)每天需要極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙Υ�的科學(xué)實(shí)驗(yàn)——“月宮365”計(jì)劃，即在3個(gè)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(gè)、世界上第三個(gè)生物再生生命保障地基有人綜合密閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，更是世界上第一個(gè)成功的四生物鏈環(huán)系統(tǒng)。

為了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，“月宮一號”科研團(tuán)隊(duì)苦心鉆研14載，從“沒人相信”到“成功運(yùn)行”，終于使我國“閉環(huán)回路生物再生生命保障”技術(shù)達(dá)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)航天員在遠(yuǎn)離地球的太空長期生活的目標(biāo)。”“月宮一號”首席科學(xué)家劉紅說。

這是一種當(dāng)今世界上最先進(jìn)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(gè)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(gè)子不高，披肩發(fā)整齊地挽一個(gè)發(fā)髻，講每一句話都很謹(jǐn)慎。

1989年，因?yàn)橹螌W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，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(shí)，恰逢蘇聯(lián)政局動(dòng)蕩，當(dāng)?shù)匚镔Y極度匱乏，許多留學(xué)生竟從中發(fā)現(xiàn)商機(jī)，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(jì)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(dòng)心，但劉紅沒有。她說，“國家每個(gè)月都給補(bǔ)助，夠用了。”談到那些“倒?fàn)?rdquo;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(hù)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(shí)，我國就希望積極參與國際空間站計(jì)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(kuò)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(qiáng)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(jì)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(diǎn)：我這輩子就要做這個(gè)！實(shí)驗(yàn)若能實(shí)現(xiàn)高度閉合、甚至完全閉合，人類在地外生存就會(huì)解決時(shí)間、資源等一系列問題。

劉紅和她的團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)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(huì)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(gè)項(xiàng)目，沒有人知道該從哪里入手。

她一遍遍做實(shí)驗(yàn)，同時(shí)如饑似渴地大量翻閱俄文文獻(xiàn)，從有限的相關(guān)材料中發(fā)現(xiàn)的每一點(diǎn)“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(tuán)隊(duì)不斷改進(jìn)方向，艙內(nèi)適用生物篩選從大型動(dòng)物到蠶，再到黃粉蟲，實(shí)驗(yàn)一步步成型。

探索總是艱辛的，沒有突破之前，劉紅團(tuán)隊(duì)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(huì)，她在臺上做報(bào)告時(shí)明顯聽到周圍有不友好的聲音，里面夾雜著嘲笑、懷疑，會(huì)議茶歇的時(shí)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(qiáng)地轉(zhuǎn)身，繼續(xù)默默埋頭于實(shí)驗(yàn)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(jì)，要將它變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，光靠理論和數(shù)據(jù)是不行的，得有場地，有經(jīng)費(fèi)，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(gè)項(xiàng)目太遙遠(yuǎn)，科研經(jīng)費(fèi)要顧要緊且能看見成效的項(xiàng)目。”

那段時(shí)間，劉紅成了一名“推銷員”，她一遍遍地寫申請、打報(bào)告，大會(huì)小會(huì)上見縫插針地推薦“月宮一號”。

終于在2012年，“月宮一號”項(xiàng)目獲批，實(shí)驗(yàn)艙就建在北航校園內(nèi)曾經(jīng)陳列教學(xué)用飛機(jī)的那塊地上，因?yàn)槟艹惺軘?shù)噸重的飛機(jī)，地面承壓能力夠強(qiáng)，可以省去打地基的步驟。

論證，立項(xiàng)，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(jìn)行，課后不僅得盯著實(shí)驗(yàn)，“月宮一號”實(shí)驗(yàn)艙每一步的建設(shè)更得操心。實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)要實(shí)現(xiàn)固體物質(zhì)、空氣和水的三大循環(huán)，并且滿足實(shí)驗(yàn)員的長期居住，對設(shè)備的要求非常高。在經(jīng)費(fèi)有限的情況下，每一分錢如何實(shí)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(gè)個(gè)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(dòng)，“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(dá)不到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；空調(diào)設(shè)備，廠家也只收了很少的成本費(fèi)用；還有實(shí)驗(yàn)員食用的無污染綠色豬肉，也是廠家將最高標(biāo)準(zhǔn)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(gè)實(shí)驗(yàn)艙造價(jià)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(gè)經(jīng)驗(yàn)不值得推廣，我們省錢是被‘逼’出來的。”

在實(shí)驗(yàn)艙即將完工之時(shí)，俄羅斯科學(xué)家依然不相信劉紅及其科研團(tuán)隊(duì)能達(dá)到如此高的技術(shù)水準(zhǔn)。就在2013年元旦，“月宮一號”團(tuán)隊(duì)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(huì)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(huì)邀請專家名單。

2013年冬天，“月宮一號”建設(shè)完成并成功試運(yùn)轉(zhuǎn)，外國幾位科學(xué)家受邀來華進(jìn)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(shí)驗(yàn)基地門口將近一分鐘，后來慢慢走進(jìn)來，圍著占地不過百平方米的實(shí)驗(yàn)艙來來回回看了將近一個(gè)小時(shí)，他依然不相信眼前這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置是真的。當(dāng)天晚上10點(diǎn)左右，會(huì)議結(jié)束了，這位科學(xué)家提出還要去實(shí)驗(yàn)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(huì)停掉或者“沒有了”。劉紅笑了笑，欣然邀請他隨時(shí)去實(shí)驗(yàn)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(gè)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(dá)敬意。于是，那個(gè)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(jìn)行了為期105天的密閉實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)很高的穩(wěn)定性和閉合度，成為世界上首個(gè)成功的四生物鏈環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)年9月，該項(xiàng)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(tuán)隊(duì)再次榮獲“2014北京榜樣”特別獎(jiǎng)。

在國際會(huì)議上，劉紅團(tuán)隊(duì)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(dá)到的技術(shù)水平，關(guān)于核心技術(shù)內(nèi)容我一丁點(diǎn)兒也不說。”

用心——艙內(nèi)生活嚴(yán)肅活潑

目前，世界上時(shí)間最長、閉合度最高的“月宮365”計(jì)劃還在進(jìn)行，艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)志愿者正在進(jìn)行第三班實(shí)驗(yàn)，也是最后一班，他們是年初1月26日入的艙，預(yù)計(jì)在5月15日出艙。

“月宮一號”實(shí)驗(yàn)基地里，監(jiān)控室門口的倒計(jì)時(shí)牌有條不紊地提醒著時(shí)間的流逝，一號艙門把手上，一個(gè)紅紅的中國結(jié)在靜靜等著實(shí)驗(yàn)成功。

經(jīng)過二期升級，現(xiàn)在的“月宮一號”由一個(gè)綜合艙和兩個(gè)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(gè)植物艙面積約50平方米，實(shí)驗(yàn)員把這里當(dāng)做一個(gè)“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(jì)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(shí)驗(yàn)艙內(nèi)氧氣的含量。

去年7月，記者第一次去“月宮一號”實(shí)驗(yàn)基地時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(dāng)天，北航黨委書記張軍院士、中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平院士、中國空間技術(shù)研究院空間站項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師侯永青等人都來為他們加油鼓勁。

什么樣的人才適合當(dāng)艙實(shí)驗(yàn)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(yàn)。因?yàn)樵诟綦x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(huì)增加實(shí)驗(yàn)員的孤獨(dú)感和無聊感，長期隔離甚至?xí)�出現(xiàn)嚴(yán)重的恐懼、憤怒等情緒。

實(shí)驗(yàn)員劉佃磊皮膚較黑，說話不緊不慢，還帶著點(diǎn)山東口音，很符合劉紅說的“比較宅”的特點(diǎn)，他也是第一批進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(fèi)了太多時(shí)間，導(dǎo)致沒有時(shí)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(tuán)韌性不夠，面條一碰就斷；只好又降低要求，于是當(dāng)天中午吃的是面片湯。

艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)證明，大型動(dòng)物，比如牛、羊，并非理想選擇。因?yàn)樵诿荛]狹窄空間中，孤單的實(shí)驗(yàn)員會(huì)在每天的飼養(yǎng)中對有限數(shù)量的動(dòng)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(dòng)物伙伴，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的心理波動(dòng)，有的實(shí)驗(yàn)員甚至?xí)�因此而精神崩潰�?/p>

于是，“月宮一號”科研團(tuán)隊(duì)提出將昆蟲類作為生命保障系統(tǒng)候選動(dòng)物，昆蟲不僅飼養(yǎng)數(shù)量不大，人不會(huì)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(dòng)物蛋白，又因?yàn)樗�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(dāng)實(shí)驗(yàn)志愿者的日子里，劉佃磊學(xué)會(huì)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(gè)字概括‘香、嫩、酥、脆’,余味微苦，但香味回味悠長！”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有無線網(wǎng)絡(luò)，他還時(shí)不時(shí)在朋友圈里秀一秀廚藝。

除了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)員也有一些自己的業(yè)余時(shí)間，大家會(huì)看文獻(xiàn)、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(shí)驗(yàn)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(gè)小書桌，墻壁上安裝壁掛式開放儲(chǔ)物柜。

從早晨6點(diǎn)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(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，到晚上11點(diǎn)熄燈時(shí)，大家都很疲憊。

實(shí)驗(yàn)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(gè)人做的大事小情，都是實(shí)驗(yàn)，包括情緒波動(dòng)等一切細(xì)節(jié)都會(huì)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(tuán)隊(duì)會(huì)通過電話訪談和分析日志來了解實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)24小時(shí)值班監(jiān)控，會(huì)利用行為表情分析軟件分析艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)員的情緒變化。

當(dāng)問到二組的艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)志愿者王偉是否焦慮時(shí)，她也坦言：“焦慮啊，同年級的都在找工作，實(shí)驗(yàn)時(shí)間剛好錯(cuò)過了秋招和國考。但是我不后悔，進(jìn)艙后悔一年，不進(jìn)艙后悔一輩子。”

除夕那天，“月宮365”計(jì)劃依然有條不紊地進(jìn)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(hù)，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(jì)劃進(jìn)行了260天，也是第二組艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)志愿者連續(xù)密閉獨(dú)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(jì)錄。今年5月份，“月宮365”計(jì)劃結(jié)束時(shí)，將創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄。

目前，“月宮一號”科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了大量寶貴實(shí)驗(yàn)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(gè)當(dāng)初沒有多少人看好的夢想，最終打破世界紀(jì)錄，成為國人驕傲，劉紅體會(huì)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(jìn)來，他們做了非常大的貢獻(xiàn)。有的人留下了名字，更多的人留下的只是一個(gè)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(diǎn)為起點(diǎn)，我們仰望星空永不止步！”