研究極端條件下的人類生命保障,“月宮一號”總設計師——劉紅:把科幻做成科學

時間:2019-04-22 07:54   
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“月宮一號”外觀示意圖。資料照片

劉紅1994年在莫斯科大學進行博士論文答辯。資料照片

劉紅在“月宮一號”內查看植物生長情況。資料照片

北京航空航天大學校園內,一座名為“月宮一號”的白色圓頂建筑,引人關注。

走進這座神秘的建筑,透過植物艙舷窗望去,一排排架子排列井然;在LED燈的照射下,架子上的植物綠意盎然,間或點綴著紅色或黃色的果實……這是“月宮一號”生物再生生命保障系統,一個由一個綜合艙、兩個植物艙組成的密閉空間,總面積160平方米、總體積500立方米,可以提供多人所需的全部氧氣和水,大部分食物可循環再生。北京航空航天大學生物與醫學工程學院教授劉紅,正帶著學生在里面緊張地忙碌著……

去年5月15日,在這個系統內,劉紅團隊完成了世界上時間最長、閉合度最高的生物再生生命保障系統實驗:為期370天,系統閉合度高達98%,只有2%的外部供給,其余均為系統內自給自足、循環再生,這為極端條件下人類的生命補給提供了可能,也標志著我國在生物再生生命保障技術領域達到世界尖端。

涵養30年,歷時近20年,終一朝夢圓。

“我的最大夢想,就是讓人類無論是在荒漠、極地,還是外太空,都能很好地生存”

百年來,人類對地外星體的探索熱情,從未熄滅過。劉紅說她“時刻準備著,為進入外太空的人類提供足夠的生命補給”。

2003年,神舟五號載人飛船成功發射并返回,一個問題擺在科學家面前:在近地軌道,宇航員賴以生存的物資可全部攜帶;如果人類進行更長時間、更遠距離的太空探索,靠攜帶供給,或由地面補給,費用昂貴且技術上難實現。這一難題該如何解決?

一個新的研究方向在劉紅腦海中跳出:“地外生命保障系統”。

“在當時看來,這是一個遙遠的夢。很多人不理解,覺得還只是科幻?!繃鹺燜?,科學家就是要關注10年、20年乃至百年后的技術需求。放眼國際,一些國家已陸續開展相關研究,“中國人要在這個領域做出更多貢獻,甚至成為國際領先?!繃鹺彀迪?。

憑著這股勁兒,在蘇聯“人—植物”的“兩生物鏈環”地外生命保障系統的基礎上,劉紅打造了“人—植物—動物—微生物”的“四生物鏈環”。從“二”提升到“四”,絕不只是數字的變化。要解決的,有供人食用的“動物蛋白”問題,還有負責廢物處理的“微生物”問題——這是業內公認的兩個技術難題。

經過反復研究、實驗,劉紅團隊在1000多種可食用昆蟲中,精選出富含蛋白質的黃粉蟲;在種類眾多的微生物中,找到生存在寒冷山洞或極熱高溫地帶、在人體體溫條件下無法生存的微生物。技術難點由此突破。

從一個人到一支隊伍,從一間辦公室到一個實驗空間,從一個夢想到一次偉大的勝利……“那些打不倒我的,終將使我強大?!繃鹺焱哦郵賈氈終庋男拍??!拔業淖畬竺蝸?,就是讓人類無論是在荒漠、極地,還是外太空,都能很好地生存?!繃鹺燜?。

“走過的每一步,都是對未來的積淀”

雖然兒時就喜歡抬頭看月亮、數星星,但劉紅并未想到,自己一輩子會從事和星空有關的研究。

1983年,劉紅不顧家人反對,選擇就讀環境?;ぷㄒ?,“當時是想要改變家鄉垃圾隨意堆、污水遍地潑的狀況?!?

上世紀80年代末,劉紅被公派到莫斯科大學攻讀“環境?;ず妥勻蛔試春俠碓擻謾狽較?。她在一個咸水湖做了調研。受人類活動的影響,這個原本的淡水湖水源越來越少,加上半沙漠地區蒸發量高、降水量少,最終變成了接近海水的咸水湖。刮起風來,“鹽沙塵暴”肆虐,很多良田變成鹽堿地。

調研結束后,劉紅堅定了將研究生命保障系統作為志業的決心,“地球生物圈就是人類的生命保障系統;盡管它很龐大,但如果不愛護,也可能會消亡。研究?;さ厙蟶U舷低?,十分必要?!?

從莫斯科回國后,劉紅先后在中國農業大學和北京師范大學工作,研究范圍包括農業生態系統和城市污染處理技術,直到最終落腳北京航空航天大學,她正式推開了地外生命保障系統研究的大門……

“世上沒有白走的路,只要踏踏實實地做,終會有收獲?!繃鹺燜擔骸耙曰肪潮;の齜⒌?,以構建人類生命保障系統為落腳點——我30多年的科研歷程,如同安排好了一般?;厥啄?,走過的每一步,都是對未來的積淀?!繃鹺煨幕塵次?,心存感激……

“做科研,要有科學家的精神與追夢人的情懷”

“這個生命保障系統,究竟有什么用?”這是劉紅最常被問到的問題。

目前,實驗雖取得巨大突破,但仍停留于地面試驗。讓生命保障系統真正適應地外環境,還需進一步研究在空間環境下,如月球、火星表面以及微重力條件下的相關表現,通過對比來獲得矯正參數和矯正模型。

劉紅團隊一邊等待可以將生命保障系統帶到地外環境測試的合適機會,一邊拓展系統在地面極端條件下的應用性?!氨熱?,在高原、極地、島礁、深海、深地等具有重要國防或科研價值的極端環境,或者應用于現代農業、環境?;び肷蒲а芯康敝?。目前,青海無人區的一個在建科考站,正委托我們為其配備生命保障系統?!繃鹺燜?。

“每天一睜開眼,發現有這么多重要的事情要去做,就會精神抖擻、信心滿滿?!繃鹺煅劾鍔烈毆餉?,“每個人心底都有夢想,每天通過奮斗向著夢想的實現更近一步,是人生最幸福的事?!?

如今的劉紅已是業內領軍人物,今年2月還榮獲“全國五一巾幗獎章”。但她說,自己只是“一個實實在在的科學家與一個心懷夢想的追夢人”。

“做科研,要有科學家的精神與追夢人的情懷?!閉饈撬匝畛K燈鸕囊瘓浠?。

在劉紅看來,科研與科幻有類似之處,想人之不敢想,想人之未曾想。但相比于科幻的驚心動魄,科研更像是一個細水長流的過程。一輩子把科幻做成科學,她躬耕不輟……(記者 葛亮亮 趙婀娜/賈麟參與采寫)

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