在月球上“就地取材”生產(chǎn)氧氣 未來(lái)太空種菜不是夢(mèng)！

7月15日，天舟九號(hào)貨運(yùn)飛船在長(zhǎng)征七號(hào)遙十運(yùn)載火箭的托舉下，于中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，隨后順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。記者從南京大學(xué)了解到，由中國(guó)空間技術(shù)研究院錢(qián)學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室牽頭，南京大學(xué)參與的地外人工光合作用項(xiàng)目也跟隨天舟九號(hào)一同進(jìn)入了空間站。

什么是“地外人工光合作用”?人工光合作用實(shí)驗(yàn)為啥要在太空做?南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授姚穎方接受了記者的采訪。

月球上沒(méi)有氧氣?試試“就地取材”

隨著人類(lèi)探索太空的腳步邁得越來(lái)越大，在月球上，甚至在火星上駐留并建設(shè)基地成為可能。想在月球上居住和旅行，水、氧氣等生存資源和交通工具不可或缺。但地外行星的生存環(huán)境顯然比不上地球，這個(gè)時(shí)候，科學(xué)家就展開(kāi)了奇思妙想，在月球“就地取材”，為人類(lèi)提供生存的資源。

通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣就是其中最重要的一步。專家介紹，光合作用在地球上并不是新鮮事，它是植物、藻類(lèi)和某些細(xì)菌在可見(jiàn)光的照射下，利用光合色素將二氧化碳(或硫化氫)和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣(或氫氣)的生化過(guò)程?。光合作用是一系列復(fù)雜的代謝反應(yīng)的總和，是生物界賴以生存的基礎(chǔ)，也是地球碳氧循環(huán)的重要媒介。

而“地外人工光合作用”則是科學(xué)家們的大膽突破，想要在地球以外的太空中，模擬自然界植物人工光合作用，把二氧化碳和水通過(guò)光照轉(zhuǎn)變成氧氣和燃料。姚穎方介紹，團(tuán)隊(duì)利用的是空間站或者是載人航天器內(nèi)部航天員呼吸的二氧化碳，還有地外天體可能存在的二氧化碳?！氨热缯f(shuō)火星表面，大概有90%以上是二氧化碳。此時(shí)，有太陽(yáng)能，有二氧化碳，如果還有水，那我們就可以在地外生成氧氣，保證人的氧氣需求。另外我們還可以轉(zhuǎn)化成燃料，比如乙烯、甲烷等?！?/p>

科學(xué)家們執(zhí)著于在太空中“制氧”，很顯然有著更為深遠(yuǎn)的目的，姚穎方解釋，這是人類(lèi)走向更深遠(yuǎn)的太空的基礎(chǔ)，讓我們的深空探測(cè)有了更多可能?！芭e個(gè)例子，乙烯、甲烷等燃料在月球上誕生以后，可以作為未來(lái)進(jìn)一步深空探測(cè)的助推器，幫助我們持續(xù)進(jìn)行更為深遠(yuǎn)的深空探測(cè)活動(dòng)，為我國(guó)未來(lái)載人深空探測(cè)、月球基地、火星基地建設(shè)提供支撐?！?/p>

失重、強(qiáng)輻射、極限溫度……目標(biāo)實(shí)現(xiàn)困難不少

想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)沒(méi)這么簡(jiǎn)單。姚穎方介紹，項(xiàng)目需要克服多重困難?！白畲蟮奶魬?zhàn)是地外環(huán)境和地球環(huán)境的不一樣，這也是我們難以預(yù)料的?！币Ψf方介紹，項(xiàng)目?jī)x器上天后，跟隨空間站在近地軌道上運(yùn)行是處在失重條件下。這樣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中產(chǎn)生的氧氣，不容易與水之間產(chǎn)生分離?！暗厍颦h(huán)境里，氧氣是靠著浮力浮出水面，但地外零重力條件下，沒(méi)有浮力，我們?cè)鯓臃蛛x氧氣，這就是一個(gè)難題。”

此外，地外強(qiáng)輻射環(huán)境對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材的影響，地外溫度的極限變化，地外的真空環(huán)境，都是團(tuán)隊(duì)需要克服的困難。“在地外我們無(wú)法預(yù)測(cè)所有的問(wèn)題，這些都需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)一一驗(yàn)證和克服?！?/p>

據(jù)介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)完成了第一階段和第二階段的實(shí)驗(yàn)，在國(guó)際上首次驗(yàn)證光電二氧化碳轉(zhuǎn)換，二氧化碳還原制備乙烯等新技術(shù)的在軌驗(yàn)證，推動(dòng)高效二氧化碳轉(zhuǎn)換新技術(shù)在我國(guó)載人航天領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用?！斑@一次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上天，我們將在第一、二階段在軌試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開(kāi)展后續(xù)在軌試驗(yàn)?！币Ψf方說(shuō)。

未來(lái)不僅能地外生存，或許還能月球種菜

“第三階段我們要做三件事，第一件事是氧氣和乙烯更高效率的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換。”姚穎方介紹，這一次項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)儀器跟著天舟九號(hào)進(jìn)入中國(guó)空間站，有更清晰和深入的目標(biāo)?！爸拔覀儾捎玫氖翘?yáng)能電池驅(qū)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生催化，但這一次我們升級(jí)了，將直接使用光催化二氧化碳和水，將它們轉(zhuǎn)化成乙烯和氧氣，這是我們做的第二件事。第三件事則是升級(jí)燃料的儲(chǔ)存?？紤]到乙烯實(shí)際上還是氣體，無(wú)論是在地球上還是在月球上，儲(chǔ)存都有一定的難度，所以我們這一次想把二氧化碳轉(zhuǎn)化成液態(tài)物質(zhì)甲酸，這樣可以方便二氧化碳的儲(chǔ)存和利用。”

記者從南京大學(xué)了解到，“地外人工光合作用項(xiàng)目”是中國(guó)空間技術(shù)研究院錢(qián)學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室牽頭，在中國(guó)科學(xué)院院士鄒志剛和楊孟飛的指導(dǎo)下，南京大學(xué)組織現(xiàn)代工學(xué)院、物理學(xué)院等多個(gè)院系的師生科研力量，共同組成了研發(fā)團(tuán)隊(duì)。未來(lái)，項(xiàng)目還會(huì)開(kāi)展第四階段、第五階段的研究，持續(xù)深入。

越來(lái)越清晰的目標(biāo)，讓我們看到了地外生存的更大可能?！安粌H是地外生存或是星際旅行，我們中國(guó)人都喜歡舉例子的‘月球種菜’未來(lái)也是可以想一想的，可能性挺大!”姚穎方說(shuō)。

新華日?qǐng)?bào)·交匯點(diǎn)記者 楊頻萍