太空農場，讓火星人吃上新鮮蔬菜

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摘要

利用3D列印技術和APH自動化農業系統相結合，為未來的火星人提供新鮮的蔬菜自助餐。

如果宇航員要在長時間在太空中值行任務，他們非常需要大量蔬菜。

自從美國航空航天局阿波羅號到月球的任務結束後，第一次有人把人送出低地球軌道。NASA一直在為旅行到月球和火星的想法而努力。然而，這些雄心勃勃的計劃面對許多技術挑戰，特別是當涉及到食品。

直到2015年，國際空間站上的宇航員的票價僅限於在貨物補給任務中交付的脫水，冷凍乾燥的食物。這些食物不僅沒有味道，而且每磅10,000美元，運輸冷凍乾燥的義大利面到低地球軌道也是非常昂貴的。因此，目標是找出如何在太空生產食物。這個想法第一次得到驗證是在2015年8月，當ISS上的航天員成功收穫到一個罕見的美味：生長在空間的新鮮萵苣。

這種萵苣是由美國航空航天局的蔬菜生產系統生產的，該機構正在挑戰的問題之一，就是用太空新鮮蔬菜以抵消食品運輸成本，並為宇航員長期在空間中執行任務提供長期的營養。在最近訪問肯尼迪航天中心以觀看SpaceX發射到ISS時，我進入了NASA的實驗室，看看研究人員如何運用技術開發太空微重力農場。

我的第一站是在他的實驗室訪問Bryan Onate，他是NASA 中一個研究先進植物棲息地團隊中的研究人員之一。APH的一個原型，看起來像一個大的高科技的微波爐，它是在去年11月送到這兒來的，基本上相當於麻省理工學院的食品計算機，但它是為ISS的空間要求設計的。

在棲息地內，許多的開花植物，在一排排LED燈下生長著。研究人員能夠控制生長室中的多個環境變數，包括氧氣和營養物水平，甚至可以測量植物個體葉片的溫度。然而，APH的主要優點是這些變數的控制是由計算機系統自動化的，研究人員準確地，儘管笨拙地，命名為PHARMER - Express Rack中的植物棲息地航空電子實時管理器。

APH是實驗性的。Onate將其描述為「Veggie的大哥」，並且像目前在ISS上的Veggie系統，它用於探索各種類型的蔬菜的最佳生長條件。新的先進植物棲息地將發送到國際空間站，接管兩個即將到來的商業補給任務。空間站APH研究的主要目標之一是恢復一些在太空中種植的植物，將它們帶到地球，使用他們的種子在肯尼迪種植植物，然後從那些植物中運送到種子空間站，看看它們在陸地和太空微重力環境之間的過渡之後是否仍然存活。

下一站是肯尼迪的大型環境控制室。這些看起來像無菌步入式冰箱，用於複製在ISS上發現的所有環境變數，例如濕度或氧氣水平 - 不能複製的唯一變數是微重力。這裡作為蔬菜的地面控制室，以便研究人員可以比較微重力如何影響植物生長。我在星期五收穫大白菜之前的最後幾個小時來訪問的，大白菜目前是國際空間站上種植的第五種和也是最近的一種蔬菜作物。

據研究人員稱，實驗迄今為止取得了巨大的成功。ISS上的宇航員已經能夠生產出足夠的生菜做一個小沙拉，大白菜也受到航天員的熱烈歡迎，因為它比以前生長的紅萵苣更有味道。

「在微重力環境下，你的味覺感非常遲鈍，所以宇航員喜歡有食物更有味道些，」一個研究人員告訴我。「所以這就是為什麼我們正在種植大白菜：它生長快，有很高的營養水平，並在我們的味道測試中表現很好。」

我的最後一站是一個小的不起眼的房間，在它的中心有一個金屬工作台，盆栽植物擠在牆上的擱置空間的小間隙里。

肯尼迪食品生產項目經理Ralph Fritsche對我說：「我們在這裡做的是研究生產更多的可長期食用的食物。」APH真的是一個研究平台，Veggie是嘗試種植莊稼的第一步，但是這個房間的研究重點是開發一些能夠補充宇航員飲食的食物。

正如Fritsche指出的，在ISS上成功生長出小批量蔬菜是偉大的！但到目前為止NASA還沒有能力生產足夠的植物和蔬菜，不只是萵苣。為了能生產出更多的蔬菜，無論是在ISS上，還是在火星表面，Fritsche和他的同事都必須找出一種在太空空間中大規模生產蔬菜的方法。

這是個棘手的問題，有很多原因。首先，水的流動性不同。在地球上，水流向植物的根部，但在空間中，水會起球狀，並且不能均勻地分布到植物中。此外，由於液體傾向於在微重力中起球狀，這還防止有效的氧氣流到植物中。美國航天局正在努力解決這一問題，就是解決微重力情況下植物如何獲取氧氣和水，他們在嘗試幾種方法。一種是，就是將水泵送到植物生長區域內的最佳位置。

另一種是，使用NASA與猶他州研究人員開發的3D列印尼龍器材。這是一個由一堆密集三角形組成的立方體。將種子放在該立方體的頂部，使水進入該系統。尼龍是吸水的，由於立方體的設計方式，因此該結構吸引水，將水分散到三角形的角落並通過表面張力保持在那裡。這使得植物根部的水滴能均勻分布，以及允許空氣通過組成基底的三角形中的空餘空間流入到植物中來。

「如果我們在拋物線或亞軌道飛行中測試後得到好的結果，我們會試著將它送到太空站，」Fritsche說。

Fritsche稱，生長在火星表面的蔬菜將比生長在軌道上的蔬菜存在的問題稍微少一些。即使火星只有大約三分之一的地球重力，為了能太空耕種，也要解決像水流這樣的問題，本質上是一樣的。

不過，Fritsche和他的同事們希望以找到最容易的方法，即如何最大限度的可以在狹窄的地方增加可以生長的植物的數量，例如火星溫室。於是他們探索了微綠色蔬菜，這是一種常見的蔬菜，用不了多久就可以吃了，因為它們通常只需幾周後就能發芽。這些蔬菜很小，生長比較快，營養豐富，味道濃郁，它們大大豐富了宇航員的飲食。

Fritsche想像在未來，利用3D列印技術和APH自動化農業系統相結合，為未來的火星人提供新鮮的蔬菜自助餐。但是，儘管他承諾將有NASA的農業技術，他說短時間內宇航員不可能完全放棄冷凍乾燥的菜肴。

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