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《科学24小时》

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探路急先锋——聚焦太空农场建设计划

2014-04-08 21:11:25

探路急先锋——聚焦太空农场建设计划

张唯诚

 

落户“太空农场”谁当先锋

人类的生存要素无比琐碎和庞杂,仅在饮食方面,每天摄取的食物和饮用水累积起来就相当可观。假若要在太空中生存,加上盥洗用水和吸入的氧气,每人每年消耗的物质总量就至少重达11 吨,这在地球上不算什么,但要带到宇宙空间就是大麻烦。

截至目前,人类在太空探索活动中应对这种麻烦的方法依然很原始,那就是从地球上将宇航员的生活所需一一带上,或者用货运飞船输送这些物资,这其中就包括食物。于是人们设想,假若能把农场搬到太空,人们就可以在太空种植农作物,不但可以实现在太空中自给自足,还能改造太空环境,岂不一举两得。

对地球来说,它有植物生长所必须的水,有适宜的空气、阳光以及土壤,但在太空中,例如在火星和月球上,情况就完全不同了。这是因为,地外星球往往空气稀薄,土壤贫瘠,温度极端,辐射严重。要想让农作物在这样的地方生长真不是一件容易的事。

然而2013 10 月,美国宇航局的科学家透露了一个好消息,他们声称,生活在国际空间站的宇航员很快就能吃到“太空农场”生产的“太空莴苣”了。有意思的是,在人造太空的环境中,莴苣只需生长大约28 天就可以食用了。与此同时,我国在这方面的研究也有了长足的进步。

事实上,早在20 世纪90 年代,人们就已经开始在太空中种植农作物了。1990 年,俄罗斯科学家在“和平号”空间站试种了一批小麦,但结果不太理想。1997 年,美俄科学家继续努力,空间站小麦种植终获成功。这批小麦的成熟期很短,只有97 天。这证明太空农作物可以更快地成熟。这以后,俄罗斯宇航员还在空间站种过白菜和西红柿。这些早期的尝试为后来的太空种植提供了宝贵经验。

 

天地大不同

事实证明,在太空中建设农场的梦想是能够实现的,但也并非轻而易举。首先,在太空中,植物的生长会遇到重力问题。在地球上,植物将根往土里扎,茎和枝叶往天上长,这是植物对重力环境作出的反应。可一旦处于太空失重状态,植物便失去了方向感,这不仅影响植物的生长形态,还影响植物的品质。20 世纪90 年代,人们在空间站种植小萝卜和大白菜时,就因这个原因使其长得很不理想,品质大大逊色于地面的同类作物。另外,太空辐射也是植物生长的大敌,那里的高能质子、宇宙射线和紫外线都会破坏植物的正常结构和代谢过程。

在太空环境中,二氧化碳的调节和控制是另外一个重大难题。在太空,要维持二氧化碳稳定的浓度就不容易了。在一项名为“生物圈2 号”的地面实验中,人们建立了一个封闭的小生物圈,但一段时间后,其“大气”中氧、氮和二氧化碳的比例便严重失衡,试验员和植物都无法在里面呆下去了。这个实验表明,如何调节好二氧化碳的浓度是建设太空农场的另一大关键技术。

水分和土壤是作物生长的关键要素,在太空中它们也是大问题。尽管月球和火星上并非没有水,但却是奇缺的资源,加上太空中的低压环境,水分也难以在植物体内停留较长时间。在土壤方面,火星和月球都很贫瘠,没有多少可供植物生长的矿物养分。

此外,植物在太空环境中还容易发生基因突变。基因突变是太空育种的一种手段,但这种突变没有方向性,这大大增加了在太空进行作物栽培的难度。

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建设“太空农场”任重道远

要解决这些问题,科学家们动了不少脑筋,有些成功了,有些还在继续探索。例如,人们发现在失重状态下,光线可以引导植物的生长方向,这样它们就仍能将根系扎入土壤去汲取营养;在辐射方面,科学家们制造出了合适的透光防护罩,可以隔离有害紫外线和宇宙射线;在水资源方面,人们发现有些植物可以在低压条件下较好地生长,只要选用这种植物上太空,这个问题就可以得到解决。土壤问题虽然很麻烦,但同样有办法,人们可以尝试用月球和火星上松散的岩石表皮土栽培植物,也可以采用无土栽培,一些必需的营养物还可以从地面运送过去。与此同时,人们也在探索如何调控太空农场的二氧化碳浓度和如何防止太空作物发生有害突变的问题,相信这些问题会逐步得到解决。

假若太空莴苣果真上了空间站的餐桌,那接下来一个个更激动人心的突破必将接踵而至。人们预测,在太空种植农作物是一个循序渐进的过程,开始的时候,成功落户太空的应该是一些适应能力强的农产品,如莴苣、辣椒、番茄之类,然后逐渐扩大可种植品种。科学家计划在未来的太空农场中大批量地栽种水稻、小麦和土豆等农作物,之后再将品种不断扩大。他们深信,未来的“太空餐桌”一定会变得丰盛起来。

目前,“太空农场”还离不开“太空温室”。但在后期的发展阶段,人类将致力于使外星环境“地球化”。例如,使用含氯氟烃或者六氟化钠之类的物质去改造火星的气候,使火星渐渐地变得温暖起来;人们还可以在火星和月球上种植越来越多、越来越高级的植物。到了那时,人类的“太空农场”便会从“温室”中解放出来,它将成为未来太空移民真正的“食品基地”。


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