嫦娥五號成功著陸,「回家」是新的啟航|超級觀點

2020-12-22 36氪

帶著觀點看商業。超級觀點,來自新商業踐行者的前沿觀察。

特約觀察員:

潘星華 中國旅美科技協會總會理事會主席、南方醫科大學生化與分子生物學科主任

萬樂 中國旅美科技協會總會會長、美國猶他大學地質地球物理系研究科學家

編輯 | 楊小彤

編者按:本文由直播整理而來。完整直播可戳此回看>>

核心觀點:

1、繞月成功以後,我們繪製了整個月球的地圖,才知道月球背面是什麼。

2、通過航天誘變育種技術,已經篩選出一些效價好、品質優的抗生素和酶製劑菌種,這些菌種對生物製藥產生了很好的推動作用。

3、探月工程項目不僅僅是滿足了人類的好奇心,更是提升了我們對科學的認知,是有實際意義的。

複雜又龐大的「嫦娥工程」

萬樂:北京時間12月17日1點59分,探月工程「嫦娥五號」的返回器在內蒙古四子王旗按預定的區域成功著陸,標誌著我國首次地外天體採樣返回任務圓滿完成。

這一次登月採樣返回任務,「嫦娥五號」在月球的表面取了兩公斤的巖樣,向下鑽了兩米深,這是探月工程的繞、落、回三步走中,第三步的首次任務。「嫦娥五號」首次完成登月採樣返回任務,距1976年前蘇聯「月球24號」已經過去近半個世紀了,現在,科學家再次擁有了月球的土壤巖石樣本,可以用來研究月球歷史後期發生的事情。

相對整個地球的歷史,月球的歷史是很短的,所以我們現在還面臨著很多的問題,包括月球後期發生的事情以及地球和探月器的演化過程,我們需要把這些問題弄清楚。

1966年,「月球9號」第一次成功地軟著陸,落在月面上面,工作了四天,對月球進行了測量。美國「阿波羅11號」帶回月球樣品後,1970年9月12日,前蘇聯發射了「月球16號」,很快也取回了月球的樣本。1976年8月9日,「月球24號」升空。這是前蘇聯第三次完成月球取樣的返回任務,也是最後一次,從那以後,再也沒有一個國家到月球上去採樣回來過。直到這次「嫦娥五號」取得成功,所以中國「嫦娥五號」的意義也是非常重大的。

月球和地球有一個特別有趣的關係,就是月球自轉和到地球公轉的周期是一樣的,也就是說月球的一面始終面對著地球,另外一面地球始終看不見,我們不知道背後是什麼東西。現在繞月成功以後,我們繪製了整個月球的地圖,才知道月球背面是什麼。在正面,通信、監測還是遙測都很方便,但是中國是首次在月球背面著陸的,這有很多的技術難題,但中國人解決了、做到了。

從生命科學和醫學以及農業的角度看待太空探索

潘星華第一是太空旅行對人類生理極限的挑戰,因為太空和地球不一樣,即使目前已經有超過560人具有太空飛行的經驗,但是大部分人都是在低空飛行、短期飛行,只有極少數人在太空生活超過300天以上,這是非常了不起的。因為在太空環境裡生活,和地球上有很多的不同,我們人類是在地球上進化的,所有的生理功能都是適合於地球的,而太空是失重、高真空、強輻射的。輻射可以致癌,空間站受到的輻射是地面上的100-150倍,各種紫外線、X射線都是致癌的東西,如果沒有任何保護,是沒辦法生存的。那失重有什麼影響呢?

正常我們在地球上,人的所有的血液、體液系統都是平均分布的,只適合於這個環境,要進到太空,血液、體液就不會下降了,雖然慢慢它可能會適應這個微重力,但是大量的血液、體液跑到大腦去,整個臉甚至上身就會變得腫脹。航天員經過很多訓練,上身腫脹也能生活,但是正常的人沒經過訓練的話,容易造成肌肉運動和知覺的喪失,造成體液分布的改變以及骨骼肌肉系統的退化,會產生很多的問題。

美國NASA曾經做過一個「雙胞胎研究」,找兩個同卵雙生子,讓一位到空間站去生活,另一位在地球上生活,之後研究這對雙胞胎的生理指標。研究發現,這對兄弟有93%的基因發生了變化。一般人和人之間的差異非常小,都不到0.1%,到太空跑了一圈,竟然有7%的基因發生變化。當然這並不是說7%的基因發生突變,而是他的基因表達,美國人理解錯了。實際上一個人生了一場病之後,與生病之前相比,基因的表達數目也很多。

在這個過程中,中國航空局、美國航空航天局、歐洲航天局陸續宣布了對火星、月球的探索計劃,這不光是在太空附近轉轉,而是去外星球看看,看那邊是否有人,能否適合人類生活,以及那裡的生活情況。人類是很好奇的生物,現在為止人類所做的一切,看起來好像都是實用性的,對改善人類的健康、生活質量確實起到非常大的作用,但是實際上是因為人類好奇,好奇人的各種功能是怎麼產生的,好奇人在地球是怎麼產生的,好奇人們將來會怎樣,好奇在太空中有沒有另外一個星球也住著和我們類似的人員或者有沒有別的生物。

第二是太空探月對醫療和製藥的影響和作用。探索太空是全人類的事業,我們中國應該對這個領域做一些貢獻,這是應該的,實際上這花費也非常大。雖然花費非常大,但是這是非常值得的,它對人類健康的醫療技術有非常大的促進作用。 航天技術和生命科學的發展是交相輝映的,航天技術一直促進生命科學的發展。中國也制定了一系列關於在航天進行空間生命科學研究的一些規劃,包括基礎研究、技術轉化、工程應用,在基礎研究上涉及到航天醫學、空間基礎生物學、宇宙生物學等諸多領域,這個講起來就是一個很大的學問了。 那麼它是怎麼樣影響現代生活的?大家可能注意到,我們現在平常生活中用到的尿不溼、濃縮果汁、太陽鏡、CT檢查以及水的淨化器,很多我們現在生活中離不開的東西,都始於航天科技的需要和發展。所以,航天科技的發展帶來的影響滲透到生活的方方面面。

在具體醫療方面,打個比方,人到航天去會失重,血液到處亂跑,骨質疏鬆,所以要鍛鍊。在這個過程中,就研究了二磷酸鹽類似的藥物,使得骨質疏鬆的中老年人受益。例如高強度的陶瓷材料多晶氧化鋁,也是在航天領域得到首先的應用,現在已經成為牙齒矯正產品的一個重要材料。此外,因為在國際空間站上,需要搬運重物、遞飛船,在這個過程中發明了機械臂,在醫療上也得到了很好的應用。我們也開拓了很多新興的醫療方法,例如淨水循環處理技術、幹細胞研究等。

在生物製藥方面,在這個過程中,通過航天誘變育種技術,已經篩選出一些效價好、品質優的抗生素和酶製劑菌種,這些菌種對生物製藥產生了很好的推動作用。我看了一些文獻說在太空裡能夠更好地進行蛋白質的晶體形成,蛋白質結晶,研究蛋白質的結構,這是生物研究非常重要的過程。這也就涉及到阿爾茨海默病的一個重要的蛋白質研究,在地球上一直搞不成的結晶在太空裡能很好地完成,通過這個還可以研究很多關於癌症、糖尿病、肺氣腫和免疫系統失調的藥品和方法。

第三是太空旅行能更好地促進農業的發展。因為太空裡有各種各樣與地球上不一樣的輻射、真空和重力,不同的特點能引起染色體的變化,所以20世紀70年代就有人做這個實驗,在育種上也取得了一系列的成就。1987年,中國發射第9顆返回式衛星時,把小麥、辣椒、水稻等植物帶去太空,拉開了航天育種的序幕。通過太空篩選,在太空中誘變,然後拿到地面上再篩選,已經取得了很多的成果。太空育種,還有一些重要的商業價值。通過這個過程能夠很好地提高產量,改善農作物的品質,縮短生育期,為農作物的穩產、高產也開闢了一個新的途徑。

為什麼要花這麼大的功夫把月壤搞回來

萬樂首先從地質學上來說,我們要了解月球的演變歷史,這對整個太陽系45億年的發展變化非常重要。在「嫦娥五號」著陸的地區,存在著大約13億到20億年前的玄武巖,玄武巖是地質學上巖石的一種分類,月球上的巖石受到很多隕石的撞擊以及太陽帶電粒子的衝擊,它裡面保留了很多太陽系活動的信息,所以通過這樣一些樣品,能夠了解整個宇宙演變的過程,特別是太陽系演變的一些過程。

12月3日23點,「嫦娥五號」從月面起飛,順利攜帶樣品上升器到了預定的環月軌道。在這之前,科學家手中的月壤研究材料,還是在1969年從美國帶回來的。美國宇航局的「阿波羅」帶回來不少月壤,但是這一次「嫦娥五號」的著陸點和「阿波羅」以及前蘇聯的「月球24號」、「20號」、「16號」登陸的採樣點不在一個地方。時間不同,地點不同 ,所以更有意義。

採樣完成以後,上升器與著陸器要分離,飛離月面。分離之前,著陸器放出一面中國的國旗,這個中國的國旗研究也非常有技術含量,因為在月球上面沒有大氣層、沒有風,由於太陽輻射溫差的變化,普通材料的國旗很快就會壞掉。顏色也會褪掉,所以怎樣讓它能夠經受住太陽與太空粒子的輻射而不褪色,經過高溫低溫的變化而不損壞,這裡的研究也花了很多的工夫。上升器分離以後,要與還在天上圍著月球轉的軌道器對接,對接後把裝了月壤的容器交到軌道器裡,這是對接的目的。交完以後,上升器又分離,分離之後還要後退再落到月球上去,否則就會成為太空垃圾。因為地球和月球的相對位置總是在不斷地變化,軌道器上的返回艙需要摸清楚合適的方向,尋找一個機會再回來。返回艙本來是以圓形軌道繞月球,它要加速成為橢圓形軌道,再加速擺脫地球的引力,才能以38萬公裡的速度回到地球。在這個過程中還要進行兩次軌道修正與一次姿態修正,因為它回來不再回到地球上再繞圈,而是直接降落,接近第二宇宙速度回來,所以需要進行姿態修正。軌道修正的量的大小與精度高低有關,如果精度做的非常高,有的時候甚至修正都可以不做。

「嫦娥五號」是中國航天史上最複雜的一次任務,它是首次在月球上面採樣,也是首次從月面上起飛,還要在38萬公裡以外的月球軌道上全自動進行無人交匯對接,而且它把月球土壤帶回來後接近第二宇宙速度直接衝回地球,這是非常難得的。它有11個階段,一共23天,每一個階段都非常地不容易,每一個階段都是驚心動魄的。

「嫦娥五號」探月的意義

萬樂科學技術是第一生產力,探月工程項目的需求推動了相關科技的發展,帶動了相關產業的技術發展。很多航空航天技術最後都民用了,包括研發新材料、新藥物以及改良物種。

其次, 太陽系、地球,將來總有滅亡的一天,我們人類可能需要移民外太空,那麼就要先搞清楚應該怎麼做。探月工程項目不僅僅是滿足了人類的好奇心,更是提升了我們對科學的認知,是有實際意義的。

再次,探月工程項目的宇宙採礦滿足了未來能源的需要。月球有一個叫氦3的元素,我們知道原子彈是核裂變產生大量的能量,氫彈是核聚變產生巨大的能量,現在的氫彈採用的是氚和氘,它有放射性。氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖,化學元素周期表的前面幾個,氫是最輕的,氦是第二輕的,所以如果用氦3來做核聚變的材料,可以避免核汙染的問題,因為它沒有放射性。但是氦3在地球上很少,月球上很多,所以如果將來能把月球上的氦3拿回來,能夠解決我們地球上能源的問題。

此外,探月工程項目可以提振人民的自豪感。我們需要有自信,但是有資本才能自信,科技資本是很重要的。而且,探月工程可以加強國家的科技力量、掌握太空科技的話語權、防止外太空軍事化等。

潘星華「嫦娥五號」探月成功是炎黃子孫對人類的一個貢獻,探索太空是全人類前赴後繼的過程,他們在這個過程中做出很大的犧牲。因為太空有真空,有輻射,沒有重力,是非常危險的。在這個過程中,人們克服了很多困難來把月球上的東西搞清楚,也為了將來載人奔月的成功而初步努力。探索太空,探索月球,一方面是為了更好地促進醫療,促進人類的生活提高,另一方面,探索太空具有使用價值,能促進日常的生活,特別是促進人類的健康,還有一個很重要的因素就是人類對太空很感興趣。人類在地球上的產生是偶然還是必然,在地球之外的其他星球有沒有生命,有沒有氧氣,有沒有水這些生命存在的條件,所以我們採取月球上的土回來進一步分析裡面到底有什麼東西,這是人類的好奇心,也是科學研究首先的動力。這個地球將來總有一天要毀滅,在這個過程中,人類提前到別的星球去看看有沒有機會在那生活,這也是人類的好奇心。

萬樂:人類探月或者太空探索的步伐不會停止,下一步中國的計劃就是通過「嫦娥工程」把人送到月球上面,實現人的登月。實際上,在我們確定「嫦娥工程」的時候,美國、俄羅斯、日本、歐洲、印度都提出了自己的登月計劃或者重返月球的計劃。但是到了今年,其他國家的計劃都不見蹤影了,只有中國一步一個腳印,按照自己的規劃和步驟來完成我們的目標。而且,整個過程由於大家的勤奮、努力,完成得非常好,甚至超額完成了任務,使得我們載人登月的目標更具備實現的可能。

中國探月工程的總工程師、中國工程院院士吳偉仁曾經提出,中國的載人登月將在2030年左右實現,並將在南極建立一個國際月球科研站。當然在這之前,會有「嫦娥六號」、「嫦娥七號」前往那邊進行勘探。從1972年12月19日,美國「阿波羅17號」返回地球以後,人類再也沒有過登月活動,所以如果人類再次登月,意義將非常重大。如果由我們中國來實現,意義將更加重大,這就是我們中國對人類的一個貢獻。

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