2021-12-03 09:47:28
國際空間站種植的4株辣椒開花 NASA
近地軌道空間站微重力環(huán)境下，應(yīng)種植那些摘了就能吃的即食性果蔬，因?yàn)槲⒅亓l件下烹飪加工食物難度很大；此外，還要考慮植物的易栽培性、易管理性，以及單位體積、單位能耗產(chǎn)出率等。
近日，國際空間站女航天員梅根·麥克阿瑟吃上了“太空”辣椒。
今年7月，這批辣椒開始在國際空間站內(nèi)種植，最近迎來了豐收。麥克阿瑟把辣椒切碎制作了一個玉米卷餅，還在社交媒體上發(fā)布圖文直呼“美味”。
如何給長期駐留空間站的航天員提供新鮮食物，一直是令人頭疼的問題。世界各國一直沒有停下太空種植實(shí)驗(yàn)的腳步。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已經(jīng)有包括辣椒、草莓等在內(nèi)的上百種植物種子，被先后送入國際空間站進(jìn)行培育。這其中，辣椒是太空種植實(shí)驗(yàn)中最受歡迎的食物之一。
為什么辣椒如此受青睞？什么樣的植物適合太空種植？太空種出來的食物有沒有輻射，可以直接吃嗎？對此，科技日報記者專訪了“月宮一號”總設(shè)計(jì)師、北京航空航天大學(xué)教授劉紅。
挑選在太空種植的植物有講究
“辣椒的維生素C含量比較高，甜椒、水果椒、菜椒等，吃起來口感清新；辣椒會開花，觀賞度也高，氣味清爽。”劉紅對記者說，除此之外，辣椒也比較適合在太空環(huán)境下種植，辣椒苗植株小，占空間少，枝丫較為堅(jiān)挺，株型在微重力下支撐性較好。不僅如此，辣椒還比較“皮實(shí)”，抗逆性較好，容易成活。
當(dāng)然，除了辣椒，適合長期在太空種植的植物也不少。劉紅指出，在太空培育植物對航天員進(jìn)行生命保障，首先要計(jì)算人類在太空中對熱量、維生素、微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)的總體需求，再計(jì)算哪些植物搭配在一起能夠滿足這些需求；其次，近地軌道空間站微重力環(huán)境下，應(yīng)種植那些摘了就能吃的即食性果蔬，因?yàn)槲⒅亓l件下烹飪加工食物難度很大；此外，還要考慮植物的易栽培性、易管理性，以及單位體積、單位能耗產(chǎn)出率等。
“具體來說，對于圍繞建設(shè)月球、火星基地等開展的載人深空探測活動，要保證人的熱量攝入，需種植如小麥、大豆等糧食作物；蔬菜要多樣化，以滿足人的生理和心理需求，可種植生菜、小白菜、小油菜、辣椒、茄子、西紅柿等，黃瓜是爬藤類植物，很占空間，但是清脆爽口，如果種植需牢牢固定住，防止藤蔓飄滿艙；水果的話，種植草莓就不錯，占空間小、掛果多。”劉紅說。
60年世界載人航天史，數(shù)百位航天員進(jìn)入過太空，航天員長期執(zhí)行太空任務(wù)已成為大勢所趨。其中最久的一次，當(dāng)屬俄羅斯航天員瓦列里·波利亞科夫，他在國際空間站連續(xù)駐留了437天。航天員在太空中的食物補(bǔ)給問題，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
“早期的太空食物像牙膏一樣，蔬果、肉類全部加工成糊狀，擠出來吃。后來發(fā)展成預(yù)加工的整塊食物，可以辨認(rèn)出食物種類。現(xiàn)在，地面上的食物基本都能帶上太空，不過除了新鮮水果，其他食物都是預(yù)加工的壓縮食品、罐頭食品、包裝食品，吃之前大多要先加熱。”劉紅介紹道。
“只吃包裝好的長期儲存食物，時間久了難免乏味。對于時間更長或者距離更遠(yuǎn)的探測任務(wù)而言，攜帶太多的天然食物，可能就會壞掉，所以需要另外一種生命保障系統(tǒng)。”劉紅解釋道，人的生命保障就是保障人對氧氣、水和食物等的需求，因此在太空種植物非常重要，可以一舉三得。“植物光合作用消耗二氧化碳，產(chǎn)生氧氣。航天員日常工作生活會產(chǎn)生很多廢水，廢水凈化之后可以灌溉植物。植物的蒸騰作用將水蒸發(fā)到空氣中，可以冷凝制成優(yōu)質(zhì)的空氣冷凝水。這種水凈化后自然清新安全，人的心理接受度也更高。”劉紅說。
給“太空植物”澆水是門大學(xué)問
近地軌道太空環(huán)境的特點(diǎn)是微重力。“電梯下墜的那一刻，就接近微重力的狀態(tài)。”劉紅說，“太空微重力環(huán)境對植物栽培工藝的影響非常大。植物生長的必要條件有光、溫、水、氣、肥，而在太空中給植物供水就是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。”
植物缺水時才需要供水，在太空中也是一樣，可是把握澆水時機(jī)卻是個技術(shù)活。“地面上可使用傳感器檢測土壤濕度，做到及時澆水；空間站受微重力影響，水珠會附著在傳感器上，導(dǎo)致傳感器失靈，明明基質(zhì)已經(jīng)缺水，傳感器卻可能還顯示水分充足。”劉紅介紹說，所以空間站澆水是先把水全部抽出來，然后進(jìn)行氣水分離，最后再把水打進(jìn)基質(zhì)，定時進(jìn)行這一整套循環(huán)操作。“這就導(dǎo)致雖然植物培養(yǎng)箱種植面積不大，配套的水泵、閥門、管道等附屬物卻是一套龐大的裝置。”
“現(xiàn)在‘太空種菜’已經(jīng)不是特別高技術(shù)、高難度的事了。太空種植除了供水比較麻煩，其余的光、溫、氣、肥都有較好的解決方案。”劉紅指出，目前最重要的是系統(tǒng)地研究清楚太空中植物生長的科學(xué)規(guī)律。以小麥為例，它在太空種植的產(chǎn)量跟地面上有什么區(qū)別？在太空中進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣和吸收二氧化碳有怎樣的規(guī)律？生成物質(zhì)的營養(yǎng)成分跟地球上有什么差別？這些都是各國科學(xué)家迫切想要探尋的問題。
據(jù)悉，上世紀(jì)70年代起，陸續(xù)有科學(xué)家和航天員嘗試在空間站內(nèi)種菜，但是由于各種原因，許多嘗試都失敗了。經(jīng)過幾十年的不懈努力，俄羅斯航天員于2003年第一次吃到了在太空種出來的生菜，國際空間站2016年培育出第一朵在太空盛開的百日菊。近年來，世界各國在空間站的幾百次種植實(shí)驗(yàn)，為開辟“太空菜園”打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
太空出品果實(shí)外形口感與地球出品相似
不過，也有網(wǎng)友表示擔(dān)心，在太空種的菜會受到輻射影響嗎？種出來的食物可以直接食用嗎？
“空間站艙室內(nèi)的輻射在安全值以內(nèi)，太空植物也是在滿足植物生長條件下種植出來的，所以果實(shí)的顏色、外形、口感跟地球上沒有本質(zhì)差異。但茄果類蔬菜的維生素C含量會更高一些，可能是艙室輻射比地球上略高，刺激了植物合成更多的抗氧化物質(zhì)。”劉紅指出，事實(shí)上，太空的微重力環(huán)境和輻射環(huán)境對植物都會有影響，世界各國都還在進(jìn)行持續(xù)研究。
劉紅指出，太空種植的食物都要采集樣品。以青椒為例，其葉子、根部或者整棵植株會被冷凍起來，帶回地面進(jìn)行分析。美國國家航空航天局（NASA）曾將生菜帶回地球，檢測其是否有對人體健康有害的微生物，最后證明是安全的。
那么，把種子帶到太空直接種植，與將種子進(jìn)行太空實(shí)驗(yàn)后帶回地球種植，收獲的食物有何不同？
劉紅解釋道，太空誘變育種是把種子帶到太空，讓種子暴露在外太空宇宙射線之下。宇宙射線會把大多數(shù)種子“殺死”，極少數(shù)幸免于難的種子再被帶回到地球種植。比如，我國嫦娥五號曾搭載一批種子“上天”，在“奔月之旅”歸來后，一部分水稻、苜蓿和燕麥種子已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里出苗，對進(jìn)一步的科學(xué)研究具有重要價值。不過，即使是“幸免于難”，這些種子其實(shí)大多數(shù)也已是“殘疾”。其中只有極少數(shù)會產(chǎn)生人類希望看到的性狀，比如曾經(jīng)有“太空種子”長出了巨型南瓜。
“太空艙內(nèi)種出的植物則完全不同?？臻g站艙室內(nèi)本身有很好的防護(hù)，所以不會導(dǎo)致植物產(chǎn)生變異。”劉紅說。
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