7月15日，天舟九號貨運飛船在長征七號遙十運載火箭的托舉下，于中國文昌航天發射場發射升空，隨后順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。記者從南京大學了解到，由中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室牽頭，南京大學參與的地外人工光合作用項目也跟隨天舟九號一同進入了空間站。

什么是“地外人工光合作用”？人工光合作用實驗為啥要在太空做？南京大學現代工程與應用科學學院教授姚穎方接受了記者的采訪。

神十九乘組此前開展試驗畫面。（央視新聞報道截圖）

月球上沒有氧氣？試試“就地取材”

隨著人類探索太空的腳步邁得越來越大，在月球上，甚至在火星上駐留并建設基地成為可能。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境顯然比不上地球，這個時候，科學家就展開了奇思妙想，在月球“就地取材”，為人類提供生存的資源。

通過光合作用產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、藻類和某些細菌在可見光的照射下，利用光合色素將二氧化碳（或硫化氫）和水轉化為有機物，并釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程?。光合作用是一系列復雜的代謝反應的總和，是生物界賴以生存的基礎，也是地球碳氧循環的重要媒介。

而“地外人工光合作用”則是科學家們的大膽突破，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光照轉變成氧氣和燃料。姚穎方介紹，團隊利用的是空間站或者是載人航天器內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。“比如說火星表面，大概有90%以上是二氧化碳。此時，有太陽能、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。另外我們還可以轉化成燃料，比如乙烯、甲烷等。”

科學家們執著于在太空中“制氧”，很顯然有著更為深遠的目的，姚穎方解釋，這是人類走向更深遠的太空的基礎，讓我們的深空探測有了更多可能。“舉個例子，乙烯、甲烷等燃料在月球上誕生以后，可以作為未來進一步深空探測的助推器，幫助我們持續進行更為深遠的深空探測活動，為我國未來載人深空探測、月球基地、火星基地建設提供支撐。”

失重、強輻射、極限溫度……目標實現困難不少

想要實現這一目標沒這么簡單。姚穎方介紹，項目需要克服多重困難。“最大的挑戰是地外環境和地球環境的不一樣，這也是我們難以預料的。”姚穎方介紹，項目儀器上天后，跟隨空間站在近地軌道上運行是處在失重條件下。這樣的實驗環境中產生的氧氣，不容易與水之間產生分離。“地球環境里，氧氣是靠著浮力浮出水面，但地外零重力條件下，沒有浮力，我們怎樣分離氧氣，這就是一個難題。”

此外，地外強輻射環境對于實驗器材的影響，地外溫度的極限變化，地外的真空環境，都是團隊需要克服的困難。“在地外我們無法預測所有的問題，這些都需要通過實驗來一一驗證和克服。”

據介紹，項目團隊目前已經完成了第一階段和第二階段的實驗，在國際上首次驗證光電二氧化碳轉換，二氧化碳還原制備乙烯等新技術的在軌驗證，推動高效二氧化碳轉換新技術在我國載人航天領域的發展和應用。“這一次實驗項目上天，我們將在第一、二階段在軌試驗取得成功的基礎上，繼續開展后續在軌試驗。”姚穎方說。

未來不僅能地外生存，或許還能月球種菜

“第三階段我們要做三件事，第一件是氧氣和乙烯更高效率的生產和轉換。”姚穎方介紹，這一次項目實驗儀器跟著天舟九號進入中國空間站，有更清晰和深入的目標。“之前我們采用的是太陽能電池驅動來產生催化，但這一次我們升級了，將直接使用光催化二氧化碳和水，將它們轉化成乙烯和氧氣，這是我們做的第二個系統。第三個系統則是升級燃料的儲存。考慮到乙烯實際上還是氣體，無論是在地球上還是在月球上，儲存都有一定的難度，所以我們這一次想把二氧化碳轉化成液態物質甲酸，這樣可以方便二氧化碳的儲存和利用。”

記者從南京大學了解到，“地外人工光合作用項目”是中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室牽頭，在中國科學院院士鄒志剛和楊孟飛的指導下，南京大學組織現工院、物理學院等多個院系的師生科研力量，共同組成了研發團隊。未來，項目還會開展第四階段、第五階段的研究，持續深入。

越來越清晰的目標，讓我們看到了地外生存的更大可能。“不僅是地外生存或是星際旅行，我們中國人都喜歡舉例子的‘月球種菜’未來也是可以想一想的，可能性挺大！”姚穎方說。

揚子晚報/紫牛新聞記者 楊甜子

校對 石偉