近日，《院士開講》第十六期在抖音等平臺(tái)上線。中國工程院院士、人機(jī)與環(huán)境工程技術(shù)專家王浚以《航天點(diǎn)亮夢想》為題，回顧了我國載人航天事業(yè)的發(fā)展歷程，并分享了環(huán)境控制與生命保障技術(shù)的最新進(jìn)展。
王浚院士今年已87歲，是人機(jī)與環(huán)境工程領(lǐng)域唯一一位院士，同時(shí)也是北京航空航天大學(xué)教授。他推動(dòng)了環(huán)境技術(shù)、新型無氟混合工制制冷技術(shù)、空氣制冷技術(shù)以及低溫技術(shù)的突破，對(duì)中國環(huán)境模擬工程的建設(shè)做出了突出貢獻(xiàn)。
環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)簡稱“環(huán)控生保技術(shù)”，被認(rèn)為是航天員的生命“守護(hù)傘”。這項(xiàng)技術(shù)在中國載人航天的不斷突破中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
而在《院士開講》的演講中，王浚院士特別提到，新一代生命保障系統(tǒng)有望在未來的月球科研站中發(fā)揮關(guān)鍵作用，基本滿足人類生存所需要的水、氧氣和食物，幫助航天員實(shí)現(xiàn)長期駐留。
月球種菜距離我們還有多遠(yuǎn)？
截止到9月20日，神舟十四乘組已在中國“天宮”空間站駐留3個(gè)半月，累計(jì)超過100天。而在今年4月，神舟十三乘組經(jīng)過183天太空“出差”后回到地球，創(chuàng)造了中國航天員單次飛行任務(wù)太空駐留時(shí)間紀(jì)錄。相比于2003年神舟五號(hào)首次載人航天任務(wù)的21小時(shí)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。這離不開生命保障系統(tǒng)的不斷升級(jí)。
生命保障系統(tǒng)目前共有三種類型。第一種是攜帶補(bǔ)給式生命保障系統(tǒng)，將航天員所需要的食物、氧氣運(yùn)送上天，這種技術(shù)可以滿足短期太空駐留。據(jù)王浚院士介紹，航天員每天需要的能量為2800大卡，對(duì)應(yīng)的物資需求是16.4公斤。
如果駐留半年，則需要3噸的物資。航天員攜帶一公斤的食物，對(duì)應(yīng)的發(fā)射重量是其300倍，運(yùn)送半年的生存物資則需要900噸的發(fā)射重量，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。第二代生命保障系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。物理化學(xué)再生式生命保障系統(tǒng)，通過電解水產(chǎn)生氧氣，在保證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)正常運(yùn)行的同時(shí)，減少氧氣資源和水資源的補(bǔ)給。
中國航天員就是借助第二代生命保障技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三人太空駐留半年的飛躍。而如果想要實(shí)現(xiàn)更長久的駐留，甚至是常年生存，就需要第三代生保系統(tǒng)，即生物再生式生命保障系統(tǒng)。通過人、植物、動(dòng)物、微生物，形成受控生態(tài)系統(tǒng)，和地球生態(tài)類似。
目前，包括俄羅斯和日本在內(nèi)的很多國家都進(jìn)行了地面實(shí)驗(yàn)，探索建造這樣的生態(tài)系統(tǒng)。王浚院士所在北京航空航天大學(xué)研制的“月宮”一號(hào)生物再生環(huán)保系統(tǒng)，在世界上首次實(shí)現(xiàn)“人-植物-動(dòng)-微生物”的四生物鏈環(huán)人工閉合生態(tài)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)裝置由劉紅教授領(lǐng)銜研制，兩組成員在閉合艙內(nèi)實(shí)際生活時(shí)間長達(dá)370天，創(chuàng)下紀(jì)錄。
隨著中國“天宮”空間站的逐漸建成，我國正在將地面實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)到太空，種植實(shí)驗(yàn)也在有序展開。從長勢良好的水稻到航天員中秋節(jié)吃到的生菜，這些進(jìn)展受到廣泛關(guān)注。而據(jù)王浚院士介紹，太空種菜最難的是失重環(huán)境，這是地面環(huán)境模擬技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。一旦摸索出哪些植物能夠適應(yīng)太空失重環(huán)境，將使得未來更長期的太空駐留成為現(xiàn)實(shí)。
此前，84歲的運(yùn)載火箭與航空工程專家龍樂豪院士參加《院士開講》欄目時(shí)，提到中國的探月規(guī)劃。按照該規(guī)劃，我國將在2030年前后完成2次發(fā)射任務(wù)，運(yùn)送3名航天員，實(shí)現(xiàn)登陸月球。載人登月之后，月球科研站建設(shè)也已經(jīng)開始規(guī)劃。對(duì)于耗資巨大的載人登月來說，實(shí)現(xiàn)長期駐留無疑可以節(jié)省大量成本，這離不開新一代環(huán)控生保技術(shù)。
王浚院士介紹，一旦第三代生保技術(shù)成熟，將使得月球種菜和長期駐留成為現(xiàn)實(shí)，基本滿足人類生存需求。“再生式生保系統(tǒng)，有很多的植物和微生物，在地面一個(gè)封閉艙里頭，跟人共同生活，可以保證人100%的氧氣，還有基本上保證人100%的水分。另外，它可以保證70%到80%、甚至90%的食物供給。”
航天歷程需要年輕人參與
在演講后半段，王浚院士分享了我國在航天領(lǐng)域的發(fā)展歷程與成就。過去60年間，中國相繼突破地球同步技術(shù)、衛(wèi)星中繼技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、載人航天技術(shù)、火星探測技術(shù)，在航天領(lǐng)域取得了從零到一的輝煌成就。
“中國航天的發(fā)展，壯大了國家的綜合實(shí)力，拓展了民族的生存空間，最大程度維護(hù)了國家安全。回顧中國航天發(fā)展史，它是一部中華民族自主創(chuàng)新的歷史，更是一部揚(yáng)眉吐氣、壯我國威，助推中華民族向世界舞臺(tái)中央的歷史。”王浚院士說。
在訪談環(huán)節(jié)，87歲的王浚院士談到他對(duì)于當(dāng)下“00后”一代的希望。“我非常希望我們一些零零后的優(yōu)秀人才，從事將來的航空航天事業(yè)。希望我們這些新的學(xué)子們，首先把自己的命運(yùn)和國家的命運(yùn)能夠很好地連接起來，創(chuàng)造更多的奇跡，為我們國家將來航天事業(yè)走在世界的前列，甚至領(lǐng)先于世界，來發(fā)揮你的光和熱。”
王浚院士還談到了他對(duì)知識(shí)普及的認(rèn)識(shí)，其中特別提到了短視頻對(duì)于年輕人的影響力。“我覺得短視頻非常有必要，因?yàn)榍嗌倌炅私夂教旌娇罩R(shí)，對(duì)他將來選擇自己的發(fā)展方向是很有幫助的。科學(xué)知識(shí)的普及對(duì)選拔人才非常重要。整個(gè)國家的青少年，知識(shí)提高了，那么我們國家的素質(zhì)就提高了。”王浚院士表示。
從“天宮課堂”的實(shí)時(shí)直播，到當(dāng)下眾多院士學(xué)者投身科普事業(yè)，短視頻和直播等新的知識(shí)傳播形式越來越受到年輕群體的歡迎。據(jù)了解，《院士開講》欄目由中國科協(xié)“科創(chuàng)中國”與抖音聯(lián)合出品，邀請(qǐng)國內(nèi)知名院士分享各領(lǐng)域科技知識(shí)和最新進(jìn)展。目前，該欄目第二季前六期已經(jīng)在抖音上線，累計(jì)播放量已超4000萬。
編輯 鞏霞
