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(wú)疑是生命的禁區(qū)。然而，嫦娥四號(hào)自月背軟著陸以來(lái)不僅頑強(qiáng)地“生存”下來(lái)，而且成功進(jìn)行了一系列科學(xué)探測(cè)活動(dòng)，其中包括進(jìn)行了月面生物科普實(shí)驗(yàn)，在那個(gè)絕世寂寥的天地間生長(zhǎng)出第一片綠葉，創(chuàng)造了人類(lèi)月球探測(cè)的歷史。

①旨在激發(fā)探索熱情和環(huán)保意識(shí)

嫦娥四號(hào)生物科普實(shí)驗(yàn)最早可追溯到2016年。彼時(shí)，國(guó)防科工局、教育部、中國(guó)科學(xué)院等聯(lián)合開(kāi)展月球探測(cè)載荷創(chuàng)意設(shè)計(jì)征集活動(dòng)。重慶大學(xué)聯(lián)合教育部深空探測(cè)聯(lián)合研究中心提出的“月面微型生態(tài)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案從征集活動(dòng)的眾多方案中脫穎而出，成為嫦娥四號(hào)搭載項(xiàng)目的中選方案。

該研究中心掛靠重慶大學(xué)，依托重慶大學(xué)的科研平臺(tái)，開(kāi)展深空探測(cè)領(lǐng)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(dòng)，并在方案設(shè)計(jì)中起到特殊重要作用，他后來(lái)也因此被選拔為嫦娥四號(hào)生物科普實(shí)驗(yàn)載荷總設(shè)計(jì)師。

對(duì)載荷設(shè)計(jì)創(chuàng)意，謝更新回憶說(shuō)：“時(shí)任聯(lián)合研究中心主任鐘志華鼓勵(lì)我們開(kāi)拓思路，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要既能推動(dòng)學(xué)科發(fā)展，又能引起大眾關(guān)注宇宙的熱情和激發(fā)保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。”我們?cè)O(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)據(jù)此進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，最終拿出了別具一格的月面生物實(shí)驗(yàn)的方案。”

在生物科普實(shí)驗(yàn)載荷項(xiàng)目的準(zhǔn)備過(guò)程中，載荷團(tuán)隊(duì)遇到各種問(wèn)題。他們憑借著航天精神，在實(shí)驗(yàn)物種篩選、罐體工程設(shè)計(jì)、地面驗(yàn)證試驗(yàn)等方面，逐項(xiàng)解決問(wèn)題。

②“我們還考慮過(guò)搭載烏龜！”

嫦娥四號(hào)生物科普實(shí)驗(yàn)載荷搭載了棉花種子、油菜種子、酵母和果蠅卵等。雖然種類(lèi)并不多，但是把這幾類(lèi)從眾多生物物種中選擇出來(lái)并不容易。謝更新介紹說(shuō)，課題組為此花費(fèi)了兩年時(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)象。謝更新解釋說(shuō)，理由有兩條：一是人們對(duì)其熟識(shí)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(duì)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(guó)自古以來(lái)就以絲綢文明天下，古絲綢之路大大促進(jìn)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(jié)繭、破繭成蝶象征著中華民族實(shí)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(xiàng)被迫取消了。

謝更新透露，開(kāi)始階段，工程約束性不是很大，課題組思路很開(kāi)放，甚至考慮過(guò)搭載烏龜，寓意其與玉兔二號(hào)賽跑，彰顯中國(guó)文化色彩。但是由于尺寸、活動(dòng)空間、氧氣的制約，烏龜也被放棄了。

實(shí)驗(yàn)科普?qǐng)F(tuán)隊(duì)最終確定圍繞三大目標(biāo)進(jìn)行物種選擇。一是具有生物實(shí)驗(yàn)意義，二是達(dá)到科普知識(shí)的目的，三是向世界展示中國(guó)重大工程技術(shù)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(xué)科通力合作

嫦娥四號(hào)生物科普實(shí)驗(yàn)載荷匯聚了眾多部門(mén)科研人員的智慧，參與其中的，除了深空探測(cè)聯(lián)合研究中心實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)、重慶大學(xué)的相關(guān)人員之外，還包括來(lái)自湖南大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)等高校團(tuán)隊(duì)和企業(yè)團(tuán)隊(duì)，領(lǐng)域涉及機(jī)械、控制、環(huán)境、生物、光學(xué)、能源等。

“生物科普實(shí)驗(yàn)不僅是項(xiàng)研究，而且是工程項(xiàng)目。要實(shí)現(xiàn)工程化，必須要凝聚幾個(gè)核心團(tuán)隊(duì)。”謝更新教授表示。各專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)分工合作，做好自己承擔(dān)的工作。例如，位于山東省煙臺(tái)市的航天513所，在實(shí)驗(yàn)載荷的整機(jī)工程化做出了重要貢獻(xiàn)。該所負(fù)責(zé)控制分系統(tǒng)中控制電路硬件研制、軟件編程、整機(jī)裝配及焊裝、熱控實(shí)施和部分環(huán)境試驗(yàn)。接到任務(wù)后，513所迅速整合所內(nèi)外資源，組織經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)骨干，開(kāi)展產(chǎn)品研制。這也是該所繼神舟九號(hào)之后再一次在太空生物實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的重要實(shí)踐。

大工程更要出細(xì)活。實(shí)驗(yàn)科普?qǐng)F(tuán)隊(duì)在細(xì)節(jié)上下足了功夫。在載荷生物的采光方案上，謝更新說(shuō)：“當(dāng)時(shí)在載荷上有兩種方案，一種是使用白熾燈光，這種技術(shù)已經(jīng)很成熟了；第二種是采用自然光，但是沒(méi)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(gè)太空生物研究而已。最重要的是向大眾普及生物學(xué)知識(shí)，比如說(shuō)在月面的光合作用。所以在載荷上，我們花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力采用了特殊的裝置，以達(dá)到使用月面太陽(yáng)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(guó)際社會(huì)共享

嫦娥四號(hào)登陸月球背面是人類(lèi)第一次，沒(méi)有詳細(xì)歷史數(shù)據(jù)可參考，也無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒。對(duì)于實(shí)驗(yàn)載荷來(lái)說(shuō)也是如此，團(tuán)隊(duì)只能對(duì)月背環(huán)境進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，難免有誤差。為盡可能適應(yīng)軟著陸后月背地面溫度，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)選擇了耐低溫的和耐高溫的6類(lèi)生物。此舉被證明是非常有遠(yuǎn)見(jiàn)的。傳回的數(shù)據(jù)顯示，軟著陸時(shí)，載荷內(nèi)溫度達(dá)30多攝氏度，而此前預(yù)測(cè)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(zhǎng)的過(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)載荷的圖像捕捉只能通過(guò)兩部傻瓜相機(jī)傳回的照片來(lái)實(shí)現(xiàn)。特殊的環(huán)境對(duì)相機(jī)在抗輻射、抗高低溫、抗震動(dòng)、真空等方面提出了異常苛刻的要求，使得其功能盡可能簡(jiǎn)單，比如沒(méi)有調(diào)焦等功能，也不能移動(dòng)。

謝更新透露說(shuō)：“專(zhuān)家在分析兩部傻瓜相機(jī)拍攝傳回的照片時(shí)，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(guò)審慎考慮，我們只對(duì)外公布確認(rèn)了棉花種子發(fā)芽。雖然略有遺憾，但是載荷團(tuán)隊(duì)仍然收獲頗豐。”

謝更新說(shuō)，實(shí)驗(yàn)載荷團(tuán)隊(duì)向公眾發(fā)布了數(shù)張實(shí)驗(yàn)圖片，還有近400張正用于科學(xué)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(zhǎng)發(fā)芽的特點(diǎn)。

“當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)是開(kāi)放的，歡迎外國(guó)同行合作研究，為人類(lèi)更好認(rèn)識(shí)和利用月球環(huán)境創(chuàng)造條件。目前，歐美、中國(guó)都有建設(shè)月球基地的規(guī)劃，其中必然涉及生物活動(dòng)。這次實(shí)驗(yàn)是一次重要的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的積累，為未來(lái)月球基地的建設(shè)奠定研究基礎(chǔ)。”謝更新最后表示。