曾經(jīng)在月球生長第一片綠葉的重慶大學(xué)謝更新教授團(tuán)隊又有重要突破。

近日，重慶大學(xué)“神農(nóng)開物2號”小型太空生態(tài)系統(tǒng)試驗載荷搭載北京紫微宇通科技有限公司“迪邇五號”空間試驗器，由快舟十一號遙八運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，近期傳回的照片發(fā)現(xiàn)：攜帶的蝴蝶蛹在微重力環(huán)境下成功孵化并自由飛翔，在動植物與微生物構(gòu)成的無人操作三鏈閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)中，這是一只在太空極端環(huán)境下經(jīng)歷了從蛹到成蟲完全發(fā)育過程的“太空蝴蝶”。

一船飛天

商業(yè)航天搭臺，低成本極簡理念載荷亮相

此次在軌試驗，采用紫微科技自主研發(fā)的小型貨運飛船留軌版，飛船由服務(wù)艙和載荷艙組成，具備超300公斤載貨能力和1.8立方米載荷空間，搭載的智能貨艙管理系統(tǒng)可對100余個載荷實施在軌管理，為“神農(nóng)開物2號”這類需精密環(huán)境控制的試驗載荷提供了理想平臺。

“神農(nóng)開物2號”載荷完全采取商業(yè)化低成本研發(fā)模式，90%以上器件選用工業(yè)級產(chǎn)品，光照和熱控設(shè)計、功能模塊等按照“能省盡省”的極簡理念，將太空原位陽光導(dǎo)入密封艙，為植物生長提供天然光照，也沒有設(shè)置主動溫控系統(tǒng)，僅依靠試驗器被動熱防護(hù)及姿態(tài)、軌道調(diào)整實現(xiàn)溫度調(diào)控，有效規(guī)避了大量熱控器件的投入與成本消耗，實現(xiàn)載荷自適應(yīng)太空環(huán)境與智能自主控制，在保障試驗可靠性同時，大幅降低了研制與發(fā)射成本，為太空科學(xué)試驗的商業(yè)化普及探索了可行路徑。

三鏈閉合

鎂合金艙體護(hù)航，經(jīng)受極端環(huán)境的自主生態(tài)考驗

本次試驗任務(wù)的載荷體，“神農(nóng)開物2號”為一個受控生態(tài)系統(tǒng)（CELSS）的小型試驗平臺，總質(zhì)量僅8.3kg、內(nèi)部可使用空間14.2L，使用鎂合金材料打造生物密閉艙體，這是載荷設(shè)計亮點之一。對此，載荷研制團(tuán)隊攻克了密封艙內(nèi)高濕度環(huán)境下鎂合金易氧化腐蝕的技術(shù)瓶頸，經(jīng)過特殊工藝處理，提高了材料的穩(wěn)定性，為小型生態(tài)系統(tǒng)筑起一道“安全屏障”，在實現(xiàn)艙體輕量化設(shè)計的同時，有效保障了太空生態(tài)系統(tǒng)長期可靠運行。

載荷的設(shè)計遵循地球生態(tài)循環(huán)邏輯，在密閉艙內(nèi)構(gòu)建起植物（生產(chǎn)者）、蝴蝶（消費者）和微生物（分解者）的“三鏈”物質(zhì)循環(huán)體系，高等植物產(chǎn)出氧氣與食物，滿足蝴蝶基本生存需求，微生物單元高效處理生物廢物，維持載荷內(nèi)氣體成分穩(wěn)定。對于本次試驗，團(tuán)隊大膽設(shè)計，讓試驗全程在太空極端環(huán)境下進(jìn)行，不額外增設(shè)防輻射裝置，不進(jìn)行主動溫控，并采用全光譜光照，最大限度還原太空真實環(huán)境，以此驗證生命在極端條件下的生存與物質(zhì)循環(huán)能力。微重力環(huán)境存在流體行為異變、物質(zhì)輸運受阻等難題，疊加極端環(huán)境的考驗，使得維持多物種動態(tài)平衡的微型閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)健康運行面臨前所未有的技術(shù)挑戰(zhàn)。

破蛹成蝶

預(yù)設(shè)目標(biāo)達(dá)成，太空生命生存試驗翻新篇

近期，重慶大學(xué)“神農(nóng)開物2號”科研團(tuán)隊通過下行獲取的圖像數(shù)據(jù)顯示，跟隨載荷進(jìn)入太空的蝴蝶蛹已成功孵化成蝶，并能夠自由飛翔。新生蝴蝶個體掙脫蛹?xì)ず?，在載荷密閉艙內(nèi)靈活穿梭，時而停留在植株葉片上，時而自由飛翔，它的活動范圍覆蓋載荷艙內(nèi)大部分區(qū)域，充分展現(xiàn)出“太空蝴蝶”對太空微重力環(huán)境的良好適應(yīng)性，雖然行為姿態(tài)與地面存在差異，但“太空蝴蝶”成功完成了從蛹到成蟲的關(guān)鍵生命過程的躍遷，這一成果精準(zhǔn)完成載荷在軌試驗預(yù)設(shè)的核心目標(biāo)。

“太空蝴蝶”破繭成蝶，并自由飛翔，驗證在無人為干預(yù)的太空密閉生態(tài)系統(tǒng)中，昆蟲這一復(fù)雜動物門類能夠完成它的生命周期關(guān)鍵階段。與以前空間生命科學(xué)試驗多聚焦植物栽培、局限于微生物和小型水生生物研究相比，此次蝴蝶成功孵化，將“動物－植物－微生物”三者在軌循環(huán)的動態(tài)關(guān)系研究推進(jìn)到新的階段，為未來月球基地、火星飛船所需的大型生物再生生命保障系統(tǒng)（BLSS）積累了寶貴在軌試驗數(shù)據(jù)。

承上啟下

聚焦后續(xù)研究，邁向地外生命“自持”時代

 “神農(nóng)開物2號”在軌試驗的成功并非一蹴而就，而是建立在國內(nèi)外數(shù)十年CELSS研究基礎(chǔ)之上，從早期BIOS-3試驗，到2019年嫦娥四號月球生物載荷試驗，再到中國空間站系列在軌生物試驗，科研人員始終堅持不懈地為太空物質(zhì)循環(huán)再生進(jìn)行探索?！斑@次試驗就像是對未來‘太空農(nóng)場’的核心功能微縮原型進(jìn)行驗證”，“神農(nóng)開物2號”試驗項目總指揮兼總設(shè)計師謝更新教授指出，“蝴蝶作為高等消費者，成功孵化并自由飛翔，證明小型生態(tài)循環(huán)鏈至少通暢有效。這不僅僅是多了一只‘太空昆蟲’，更是向復(fù)雜生命支持系統(tǒng)在軌長期運行的可行性邁出堅實一步?！?nbsp;

根據(jù)重慶大學(xué)科研團(tuán)隊的試驗規(guī)劃，后續(xù)將重點開展三方面在軌驗證工作，進(jìn)一步驗證低成本、低功耗的生態(tài)系統(tǒng)長期運行能力。一是結(jié)構(gòu)耐受性，檢驗艙體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)在長期太空環(huán)境中的穩(wěn)定性能；二是元器件太空環(huán)境適應(yīng)性，評估工業(yè)級器件在極端條件下的運行可靠性；三是密封艙體長期密閉性，保障生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的封閉性與安全性。同時，團(tuán)隊還將持續(xù)監(jiān)測“太空蝴蝶”的行為習(xí)性、壽命周期，以及整個微循環(huán)系統(tǒng)氣體、水分和養(yǎng)分平衡的數(shù)據(jù)。這些獨一無二寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)，將為后續(xù)設(shè)計更復(fù)雜、更穩(wěn)定、可支持人類長期地外生存的閉環(huán)生命保障系統(tǒng)，提供至關(guān)重要的理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

隨著“神農(nóng)開物2號”在軌試驗任務(wù)穩(wěn)步推進(jìn)，這只小小的“太空蝴蝶”及其所在的“方寸世界”，正承載著人類在星辰大海建立自持家園的宏大夢想，于寂靜深空中，書寫著生命頑強與智慧創(chuàng)新的新篇章。

來   源：重慶大學(xué)