在月球上“就地取材”生产氧气，未来太空种菜不是梦！

7月15日，天舟九号货运飞船在长征七号遥十运载火箭的托举下，于中国文昌航天发射场发射升空，随后顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。记者从南京大学了解到，由中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室牵头，南京大学参与的地外人工光合作用项目也跟随天舟九号一同进入了空间站。

什么是“地外人工光合作用”？人工光合作用实验为啥要在太空做？南京大学现代工程与应用科学学院教授姚颖方接受了记者的采访。

月球上没有氧气？试试“就地取材”

随着人类探索太空的脚步迈得越来越大，在月球上，甚至在火星上驻留并建设基地成为可能。想在月球上居住和旅行，水、氧气等生存资源和交通工具不可或缺。但地外行星的生存环境显然比不上地球，这个时候，科学家就展开了奇思妙想，在月球“就地取材”，为人类提供生存的资源。

通过光合作用产生氧气就是其中最重要的一步。专家介绍，光合作用在地球上并不是新鲜事，它是植物、藻类和某些细菌在可见光的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程‌。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。

而“地外人工光合作用”则是科学家们的大胆突破，想要在地球以外的太空中，模拟自然界植物人工光合作用，把二氧化碳和水通过光照转变成氧气和燃料。姚颖方介绍，团队利用的是空间站或者是载人航天器内部航天员呼吸的二氧化碳，还有地外天体可能存在的二氧化碳。“比如说火星表面，大概有90%以上是二氧化碳。此时，有太阳能、有二氧化碳，如果还有水，那我们就可以在地外生成氧气，保证人的氧气需求。另外我们还可以转化成燃料，比如乙烯、甲烷等。”

科学家们执着于在太空中“制氧”，很显然有着更为深远的目的，姚颖方解释，这是人类走向更深远的太空的基础，让我们的深空探测有了更多可能。“举个例子，乙烯、甲烷等燃料在月球上诞生以后，可以作为未来进一步深空探测的助推器，帮助我们持续进行更为深远的深空探测活动，为我国未来载人深空探测、月球基地、火星基地建设提供支撑。”

失重、强辐射、极限温度……目标实现困难不少

想要实现这一目标没这么简单。姚颖方介绍，项目需要克服多重困难。“最大的挑战是地外环境和地球环境的不一样，这也是我们难以预料的。”姚颖方介绍，项目仪器上天后，跟随空间站在近地轨道上运行是处在失重条件下。这样的实验环境中产生的氧气，不容易与水之间产生分离。“地球环境里，氧气是靠着浮力浮出水面，但地外零重力条件下，没有浮力，我们怎样分离氧气，这就是一个难题。”

此外，地外强辐射环境对于实验器材的影响，地外温度的极限变化，地外的真空环境，都是团队需要克服的困难。“在地外我们无法预测所有的问题，这些都需要通过实验来一一验证和克服。”

据介绍，项目团队目前已经完成了第一阶段和第二阶段的实验，在国际上首次验证光电二氧化碳转换，二氧化碳还原制备乙烯等新技术的在轨验证，推动高效二氧化碳转换新技术在我国载人航天领域的发展和应用。“这一次实验项目上天，我们将在第一、二阶段在轨试验取得成功的基础上，继续开展后续在轨试验。”姚颖方说。

未来不仅能地外生存，或许还能月球种菜

“第三阶段我们要做三件事，第一件是氧气和乙烯更高效率的生产和转换。”姚颖方介绍，这一次项目实验仪器跟着天舟九号进入中国空间站，有更清晰和深入的目标。“之前我们采用的是太阳能电池驱动来产生催化，但这一次我们升级了，将直接使用光催化二氧化碳和水，将它们转化成乙烯和氧气，这是我们做的第二个系统。第三个系统则是升级燃料的储存。考虑到乙烯实际上还是气体，无论是在地球上还是在月球上，储存都有一定的难度，所以我们这一次想把二氧化碳转化成液态物质甲酸，这样可以方便二氧化碳的储存和利用。”

记者从南京大学了解到，“地外人工光合作用项目”是中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室牵头，在中国科学院院士邹志刚和杨孟飞的指导下，南京大学组织现工院、物理学院等多个院系的师生科研力量，共同组成了研发团队。未来，项目还会开展第四阶段、第五阶段的研究，持续深入。

越来越清晰的目标，让我们看到了地外生存的更大可能。“不仅是地外生存或是星际旅行，我们中国人都喜欢举例子的‘月球种菜’未来也是可以想一想的，可能性挺大！”姚颖方说。

扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

校对 石伟