第619章 星球改造
这个工程平台的核心是把植物根系、微生物群落、动物代谢这三个子系统的接口做成标准化的微流控单元，每个单元可以独立控制温度、湿度、光照、气体成分和营养液配比，然后用自动化机械臂完成接种、采样和检测。
整个平台必须能够同时运行上千个微生态系统，而且每个系统的参数组合都不一样。
按现有技术条件，这个平台的建造周期，大概需要八到十个月。
不知不觉，肖宿又皱紧了眉头。
八到十个月，还是太久了。
他盯着纸上那行字看了一会儿，得改进一下。
这个平台的核心需求是并行实验和数据采集，而并行实验的瓶颈在于微流控单元的加工精度和自动化程度。
如果找逆材料实验室配合，用他们在微纳加工上的积累，微流控单元的制造周期可以从几个月压缩到几周。
自动化机械臂的集成可以用现有的工业机器人改装，不需要从头设计。
这样一来，平台的建设周期应该可以压到三到四个月。
而平台建好之后，下一步是选物种了。
传统的做法是从现有的生物库里筛选能在微重力下存活的品种，但肖宿从一开始就没打算走这条路。
他要做的是从头设计一套全新的共生系统，所以选物种这个环节在他这里变成了参数化设计。
他需要确定的只是：植物根系的分形维数、微生物微域的分形维数、动物代谢的空间分布，这三者的嵌套关系需要满足什么条件，才能让整个系统在月面的温度循环和辐射条件下保持稳定。
肖宿抬眼，把分形反应扩散方程调了出来，开始在参数空间里搜索。
植物根系的分形维数、微生物微域的空间分布、动物代谢产物的扩散系数、三者的耦合强度、时间节律的谐波比，每一项都有连续的可调范围，乘在一起就是几千维的参数空间。
如果穷举式搜索，即使昆仑三号的算力再翻一倍，也要跑上几个月。
不过肖宿不需要穷举。
他动手设定了几个约束条件，参数空间立马就被压缩到了原来的几十分之一。
但即便如此，剩下的空间仍然足够大。
司命在后台开始搜索，进度条走得很慢。
肖宿盯着屏幕上那根几乎不动的进度条看了一会儿，估了一下时间。
三到五天。
这还是因为昆仑三号是量子计算机，换成传统超算，这个搜索起码要跑几十年。
肖宿不想等。
三到五天的时间，够他把方案再推一遍了。
他需要一个更快的路径来缩小参数空间。
他盯着方程看了一会儿，忽然想到，如果把分形维数的嵌套关系先独立出来，用变分原理求出最优嵌套结构，然后再把具体的物种参数填进去，搜索空间应该可以从几千维压缩到几十维。
他立刻动手试了一遍。
变分问题解出来的最优嵌套结构比他预想的要简单，三种子系统的分形维数在最优条件下几乎重合在同一个数值附近。
这意味着他不需要给植物、微生物、动物分别设计不同的空间结构了，可以直接用同一个分形维数去描述它们的空间分布。
这个结果让肖宿的满意的点了点头。
参数空间从几千维压到了几十维，司命大概半天就能出结果了。
不过，这还不够。
分形维数重合意味着空间结构可以统一，但是时间节律的耦合还是分离的。
植物的光合作用有昼夜节律，微生物的代谢有丰度波动，动物的繁殖有季节性脉冲，这三者的时间尺度完全不同，强行对齐的话，整个系统就会变得很脆弱。
肖宿把笔搁下，靠在椅背上闭了闭眼。
时间节律的对齐问题，他之前在地球生态系统的研究里也见过，通常的解法是用外部环境信号来强制同步，比如光照周期或者温度循环。
但是月球的昼夜周期是地球的二十七倍，如果按照月球的自转周期来设计系统的节律，植物和微生物的代谢周期会被拉得很长，效率会大幅下降。
如果按照地球的二十四小时周期来设计，又需要额外输入能量来模拟地球的光照条件，系统的自持性就会打折扣。
这也不行，那也不行。
肖宿睁开眼，左手托腮，皱眉看向屏幕上的方程。
忽然，他脑子里闪过一个念头。
既然地球二十四小时和月球二十七天的周期都不合适，那为什么不重新定义一个属于这个生态系统自己的时间基准呢？
这个基准不需要是地球的，也不需要是月球的，它可以是两者之间的某个中间值，由系统的内部动力学决定，而不是由外部天体的运动决定。
换句话说，把时间基准从“输入”变成一个“输出”，让生态系统自己决定它的时钟频率。
而外部只需要提供周期性的能量脉冲，用来稳定这个频率，那自然就不需要考虑额外输入能量，也不需要强行对齐时间尺度了。
植物的光合作用可以锁定在月球昼夜周期的三次谐波上，也就是大约九天的周期；微生物的代谢可以锁定在七次谐波上，大约四天的周期；动物的繁殖可以锁定在基频或者二次谐波上。
这三个谐波之间是整数倍关系，可以通过耦合项自动同步。
肖宿眼睛一亮，不过他正要继续往下推，忽然又停住了。
谐波锁定这个方案可行，但是有一个前提，那就是子系统的代谢周期和月球的轨道周期之间必须存在一个稳定的有理数比值。
可是，植物和微生物的代谢周期根本不可能固定，它们会随着温度、光照、营养条件的变化而漂移。
而如果漂移幅度太大，谐波锁定就会失稳。
肖宿想了想，把方程里的耦合项重新写了一遍。
他在耦合项里加了一个相位反馈机制，让子系统的代谢周期能够根据温度信号的相位变化自动微调，从而在月球轨道周期的谐波上保持锁定。
这个反馈机制的数学形式并不复杂，本质上是一个锁相环的结构，在通信系统里已经用了上百年了，只是没人把它用到生态系统的时间节律控制上而已。
肖宿把修改后的方程重新调出来，让司命跑了一组测试。
屏幕上的三条曲线开始振荡，一开始还各自漂移，但是在相位反馈的作用下逐渐靠拢，最后全都锁定在了三个整数比的时间周期上。
锁定之后的曲线非常平稳，振荡幅度比之前小了将近一个量级。
可行。
肖宿盯着那条锁相成功的曲线看了一会儿，脑海中的思路明晰起来。
现在，整个方案最关键的几点已经解决了，可以开始了。
他关掉屏幕，拿起笔，在草稿纸上飞快地写了起来。
《星球改造计划：地外行星原生生态系统自组织设计纲要》
“首次计划目标是在月球表面从零构建一套能自我维持、自我调节的原生生态系统，使人类首次具备在任意有固体表面的天体上创造宜居环境的能力……
第一阶段是要实现局部闭环期，在月球表面选定区域内建立碳、氮、磷、水等关键元素的闭环流动，系统物质闭合度不低于百分之九十五，运行时间不少于一个目标星球年……
区域扩展……
全球网络期，让整个星球表面形成连续的、多尺度的生态网络，大气成分和地表环境发生根本性变化，达到支持复杂生命长期生存的条件……”
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