按地球的形式設計月球和火星溫室

通過設計並建造一個創新性的水培植物大棚（hydroponic plant growth chamber），月球溫室的原型設計是為了在月球或火星等遙遠的地方為宇航員提供持續的蔬菜。它被設計用於種植農作物不僅提供食物，還能凈化空氣，回收廢水廢物。

Credits: University of Arizona

當宇航員在國際空間站里成功種出了植物和蔬菜時，NASA肯尼迪宇航中心（Kennedy Space Center）的科學家正與一支來自大學的團隊合作開發長期解決方案，以支持探索先驅們在深空中工作。

儘管研究人員認為人類探索地外空間的征途之中困難重重，但是他們相信一定能找到解決方案。根據肯尼迪高級生命支持研究（Kennedy Advanced Life SUpport Research）項目首席科學家Ray Wheeler博士的說法，月球/火星溫室原型將支持目前正在進行的研究，在太空中種植蔬菜以供食用，種植植物以維繫生命支持系統。

在亞利桑那大學（University of Arizona）的控制環境農業中心（Controlled Environment Agriculture Center, CEAC），這個18英尺長，直徑7英尺3英寸的月球溫室是生物再生生命支持系統（boiregenerative life support system）的原型。

Credits: University of Arizona

「我們和一支來自亞利桑那大學的由科學家、工程師和小企業的團隊一起，合作開發這個閉環系統，」他說，「我們的方法是利用植物代謝二氧化碳（carbon dioxide），同時提供食物和氧氣。」

目前的原型包括一個可充氣展開的溫室，它將被用於種植植物和蔬菜以獲得養分，再生空氣，水循環和廢物回收利用。這個過程被稱為生物再生生命保障系統（bioregenerative life support system）。

Wheeler提到，宇航員呼出的二氧化碳會被收集到溫室中，溫室中的植物會通過光合作用（photosynthesis）產生氧氣。水循環的起點則是與宇航員一同運達的水，或在月球或火星的登陸點找到的水。這些水經過了加氧和添加營養鹽的處理，流經植物根部後，返回儲存系統。

回到地球上位於圖森（Tucson）的亞利桑那大學，涉及月球溫室原型的測試包括決定哪種植物，種子或者其他資源應該被帶上以使這個系統在月球或火星上正常工作。

研究攜帶什麼和在當地採集什麼將成為在遙遠地點生存下去的關鍵。利用當地可用或可種植的資源被稱為現場資源利用（in-situ resource utilization，ISRU）。

NASA的科學家和工程師正在開發系統以利用月球或火星表面特定地區理論上可獲取的資源，例如水資源，來支持可能長達數月或數年的任務。

「我們在模仿植物在地球上生長時可能需要的條件，並利用這一過程實現生命支持，」亞利桑那大學控制環境農業中心主任Gene Giacomelli博士說，「月球溫室的整個系統，確實相當於在小範圍內重現了地球上的生態系統。」

Giacomelli是亞利桑那大學農業和生物系統工程系（Agricultural and Biosystems Engineering Department）的教授，他進一步說明了研究的下一步是要利用另一個月球溫室進行專門的測試，以保證開發出來的系統能夠切實支持一隊宇航員在月球或火星的工作。

「我們會開發電腦模型，模擬我們的做法，以實現自動控制環境，提供穩定的氧氣供給。」他說。

除此之外，亞利桑那大學的Roberto Furfaro博士是整個計劃目前所處階段的首席調查員（principal investigator）。他是工程學院（the College of Engineering）系統與工業工程系（Systems and Industrial Engineering Department）的教授。

目前開發的原型呈圓柱形，18英尺長，直徑超過8英尺，由該計劃的一個合作夥伴薩德勒機械公司（Sadler Machine Company）建造。

為保證不受宇宙中的輻射影響，溫室會被埋在表層土以下，因此需要特殊照明設備。

「我們已成功利用LED燈種植出了植物，」Wheeler說，「我們還嘗試混合使用自然光和人造光來種植植物。」

太陽光將被光線集中器（light concentrator）收集，然後通過光纖束（fiber optic bundle）送到溫室之中。

地球上正在展開針對在太陽系其他星球表面工作的研究，在國際空間站上，宇航員也獲得了在宇宙中種植農作物的經驗。

在國際空間站（International Space Station）上，宇航員們掌握了在太空中種植農作物的經驗。2016年12月2日，NASA的第50遠征隊指揮官Shane Kimbrough在蔬菜實驗中收穫了生菜。蔬菜植物生長系統（Veggie Plant Growth System）是用於蔬菜種植的可展開單元，用於種植沙拉類的蔬菜，為宇航員提供可口且有營養的安全新鮮食物。

Credits: NASA

NASA的植物生長系統是空間站上第一個由美國建造的新鮮食物生長的實驗。在為長期探索任務開發食物生產系統（food production system）的過程中，它推動了後續研究。這項工作是肯尼迪宇航中心的一項成果，由人類研究項目（Human Research Project）和太空生命物理科學部（Space Life Physical Science Division）主導的為空間探索所做的植物可食用研究和生產。

在地球上，Wheeler認為要在地外探索中維持生命的話，溫室系統是天然的解決方案。

「我覺得帶著我們地球上的夥伴一起探索宇宙，這很有趣，」他說，「在存儲和補給上，也許工程師們能有其他解決辦法，但那都不可持續。溫室能提供的是在月球，火星或更遙遠星球上長期探索時的自給自足。」 （編輯：Bob Granath 翻譯：麥子 校核：汪慧）

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