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会飞的农场已经不远了
文：陈晨
导语：目前世界各国利用正在建设中的α国际空间站进行的太空植物试验研究,其最终目的在于要使宇宙飞船最终成为“会飞的农场”.
在地球之外的太空中,存在着太多的未知,因为被这种神秘的魅力所吸引,人类在漫长的岁月中从未间断对太空的探索,空间科学便如此诞生、发展.在北京神州绿鹏农业科技公司,前来做技术交流的俄罗斯自然科学院和国际宇航科学院院士、俄罗斯科学院生物化学物理研究所首席科学家涅奇泰洛·加琳娜这样给我们解释空间科学的意义：“太空的环境可以对很多技术产生影响,像生物学领域、材料领域.比如晶体材料在空间中会出现新晶体,其他材料在空间中也会出现新的材料.植物在太空中生长的情况也与地面不同,太空中很多东西会变得跟地面上不一样.”
打开太空之门
半个世纪前,在航天事业的竞技中,真正的参与者还只有美国与苏联.1955年,美国宣布要在1957年至1958年期间发射“尖兵号”地球人造卫星,当时没有人怀疑美国的能力和信心.而1957年10月4日,世界上第一颗人造卫星由发射成功,前苏联在于美国的较量中赢得头阵.稍后,前苏联又日夜兼程,在一个月之后,把一只名为莱卡的小狗送入太空.这次实验的目的是用莱卡来测试生物是否能在空间生存.莱卡身上连接着测量脉搏、呼吸、血压的科学仪器,通过无线数据传送回地面.为了使密封舱空气保持新鲜,还安装了空气再生装置和处理粪便的排泄装置.此外,舱里还设有一天3次的自动喂食装置,时间一到,信号灯就亮起,通知小狗用餐.遗憾的是,由于卫星无法回收,莱卡在密封舱里生活了一个星期完成了全部实验任务后,只有让它服毒自杀,这一行为在当时引起了动物保护组织的.
1960年8月19日,前苏联宇宙飞船2号顺利地将两只狗从空间轨道回收.第二年又连续两次进行了同样的实验,获得成功,至此,前苏联的演习接近尾声,载人航天的序幕即将拉开.
在与前苏联的较量中,美国的运气一直不佳.美国的动物上天实验比前苏联开展得还要早.从1948年开始,美国就用火箭装载猴子和老鼠进行试验,一连4次遭遇失败.直到三年后,美国才第一次成功地回收了一只猴子和11只老鼠.从1958年开始,美国设计了与前苏联抗衡的“水星”计划,想要抢先把人类送入太空.这个计划共进行了15次飞行试验,其中六次失败,两次载猴子,一次载猩猩成功.
1961年4月12日,前苏联发射了世界上第一艘“东方号”载人飞船,航天员加加林在人类历史上首次进入太空绕地球飞行了108分钟,开创了人类载人航天的新纪元,这一天后来被定为“载人空间飞行国际日”?.
接二连三的打击让美国越挫越勇,他们要在登月计划上打败前苏联,终于得偿所愿.1969年7月21日,阿波罗Ⅱ号登月飞船成功在月球上着陆,航天员阿姆斯特朗和奥尔德林踏上月球,人类第一次“踩”到了其他星球上.
在太空中种出食物
太空是神秘而且危险的地方,缺乏人类赖以生存的自然环境,并存在着变幻莫测的其他因素.因此,要进入太空进而飞得更远,首先需要解决的难题就是补给,比如燃料、氧气、食物等物资.
食物是人生存的必须品,要在太空中存活更长时间,就必须找到在太空中自给自足的方法.空间生物学研究的主要方向就是为了宇航员的食物补给,通俗地说,就是要在太空中种出供宇航员食用的植物,从而保证断绝地球食物供应后,宇航员仍能在太空生存.
前苏联在Zond5和Zond6月球探测器、“礼炮7号”空间站和Koos1887生物卫星上分别搭载大麦、拟南芥和生菜的种子,研究空间辐射和飞行因子对植物遗传发育和染色体变异的影响.大量研究证实,空间环境对植物种子萌发与生长的影响具有普遍性,空间宇宙粒子和微重力等综合因素可引起植物遗传变异.
俄罗斯后来则将研究重点转移到空间植物栽培研究.让植物在太空中存活、生长是加琳娜的主要研究方向.她介绍说：“我长期做的工作是筛选空间植物,比如生菜、土豆、豌豆,检测这些植物在空间站的生长能力,选择那些适合在空间站生长,并且让宇航员食用的植物.我在陆地上指导宇航员在空间站对植物培育和筛选.俄罗斯在空间科学的研究,或者空间生物学的研究主要针对为宇航员提供食物,这也是世界研究的主流.”
加琳娜曾在“礼炮7号”空间站上完成了拟南芥个体发育周期,在“和平号”空间站上完成了小麦从种子到种子的生长试验,2007年9月Foton-M3发射,实施了俄罗斯3项、欧洲航天局（ESA）16项生命科学实验,并在国际空间站上完成了豌豆的连续世代循环栽培.除此之外,俄罗斯等国在“和平号”空间站成功种植超矮小麦、白菜和油菜等植物.
拟南芥的种植成功是一次突破性的胜利.加琳娜介绍,宇航员栽培的拟南芥在太空播种56天后开花,第69天结籽,收获了200粒种子.“最初我们在空间站种过豌豆、小麦,但是拟南芥是第一个成功地进行了从种子到种子生命周期的培育,这在全世界也是首例.”
1981年,美国“哥伦比亚”号航天飞机第3次升空,座舱里也携带了一个小型温室.里面放了85根试管,每根试管里有一枚向日葵种子,还有一些中国的绿豆和植物种子.温室里有一盏太阳灯,每天连续照射14小时,模仿地面日照.试验结果显示,96株硬松、燕麦和绿豆的种子发芽.
目前美国航天工程育种工作计划主要涉及种质创新、药品生产、生物反应器以及生物采矿等几个研究领域,其主要目的是探索太空生命生存条件,并通过航天工程育种工作增加科学技术的经济总量,为振兴美国经济增长做贡献.
俄罗斯、美国等国家作为世界主要的农产品出口国,在农业育种方面较为先进,相对而言,增加作物产量在航天工程育种的育种目标中地位不高.即便如此,国外各航天大国通过航天工程育种技术,已先后培育成功100多个农作物新品种应用于生产.比较典型的例子如俄罗斯培育的棉花新品种,不仅棉绒长、断裂强度大,而且产绒率高,在俄罗斯、哈萨克斯坦得到广泛种植,对俄罗斯的棉花生产起到了非常积极的作用.
“人类因为有一套锻炼身体机能的方式,可以较好地进行自我修护.而植物没有‘主观意识’,它在生长过程中受外界影响更大,生长的结果也可能发生各种变化”,加琳娜如此解释植物在太空中发生的变化.“礼炮7号”毁灭后,前苏联派两名宇航员前往进行收尾工作,并允许他们带一种植物,其中一位就带了棉花.加琳娜作为地面指挥,通过与宇航员的语音和视频沟通对空间站的植物生长情况进行监测.结果却事与愿违,棉花总是长不大,刚刚发芽就死掉,如此往复.这位带棉花上去的宇航员很无奈和伤心,请求加琳娜帮忙解决问题.
加琳娜最终发现,棉花死亡的原因是：棉花的根5天就能长到一定长度,如果放在有堵头器皿中,根部没有成长空间,植株就会死亡.于是,加琳娜建议他把棉花放到空心管式的器皿里培育,结果出乎意料,棉花成活了,而且太空棉花棉纤维的长度是地面棉花的几倍.
目前世界各国利用正在建设中的α国际空间站进行的太空植物试验研究,其最终目的在于要使宇宙飞船最终成为“会飞的农场”.
从太空回归地球
根据欧洲咨询公司的报告,预计到2024年全球政府航天投资额将达814亿美元.尽管各国政府预算或被削减或受到影响,但在未来10年仍将保持高发射率,计划发射包括民用地球观测、通信和导航在内的856颗政府卫星,较过去10年增长32%；预计还将发射242颗防务卫星,较过去10年增长11%.
数字证明,在经济不景气的当下,政府在航天事业上的花销依然是大方的.从冷战时期的竞技,到现在卫星、空间站的发射,一提到航天,似乎政府不给予足够的支持就是短视的表现.要知道,这动辄百亿的资金大部分是来自民间的.花了这么多人力物力积累起来的航天事业,当然也应该用之于民.
1980年代末,霍普金斯大学的一位兽医开发出一种可吞服的药物,它可以监测动物的体温.得知有这项技术后,美国宇航局面（NASA）的小企业创新计划给霍普金斯大学应用物理实验室提供了7.5万美元资金,让他们开发一种给宇航员服用的药丸,以便监测宇航员的体温.研究获得成功,并取得了美国食品药品管理局的认证.几年后,佛罗里达州的一家公司从NASA获得授权,开始进行这种药丸的商业化推广.
“从群众中来,到群众中去”一直是航天技术的追求.一项航天技术能够发展到民用领域,带来经济与社会效益,是一件皆大欢喜的事.
现在,在我们的身边,空间科学的溢出效应已不少见.卫星能为农民提供农作物产量估计与病虫害预报,为渔民提供鱼群的位置信息,甚至能找到隐藏在热带雨林中的古迹.我国近年来的1000多种新材料中,80％是在空间技术的牵引下研制完成的.
对于空间科学的商业化,美国的步伐最为超前,已经有几万多种民用产品是航天飞机的衍生技术和产品.有媒体计算,美国在航天项目上每投入1美元,就可以获得7美元的收益.
在NASA的网站上,甚至有一个链接专门介绍航天技术衍生产品.自从全世界通过影像看到了阿姆斯特朗迈出人类踏向月球的第一步,NASA就一直把推进摄像技术发展作为一项重要目标.如今手机上的摄像头,有三分之一跟NASA的空间项目有着直接关系.苹果等高端品牌推出的能够拍摄高清像素照片的摄像头,利用的就是NASA实验室的CMOS感光元件.CMOS感光元件由NASA研制,用于太空望远镜中.后经Aptina公司对其进行小型化处理,推广到数码相机、摄像机以及拍照手机中.现已走进各种建筑的烟雾警报器,最初是由NASA在上世纪70年代研制的.这种在太空实验室使用的警报器挽救了无数人的生命.
已知越多,则未知也越多.人类愈加深刻地意识到自己在浩瀚宇宙中只是渺小的存在,这感觉应该是兴奋而又恐惧的.在未来,当人类更深入地接触宇宙,记录于史册的故事可能不再是朝代更迭、战争与灾难,而是星际探险、黑洞穿梭或者外星联姻.
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