在太空建“开心农场”

▲  宇航员在国际空间站种植的百日菊。（NASA / 图）

责任编辑｜朱力远

“太疯狂了吧，马斯克竟然提出移民火星？”小艾正在看一篇介绍马斯克火星移民计划的文章，感慨地说道。

“是的，马斯克的确是个脑洞大开、富有创意的企业家。马斯克的计划能不能成功不好说，但是人类移民火星还真有可能成功实现。”艾爸接过话题。

“不可能吧，我可知道火星上干燥、寒冷，没有空气，是一片生物无法生存的荒漠。火星上无法种植庄稼，地球人移民过去吃什么呢？难道像电影《火星救援》中的主人公马克那样种土豆？”小艾平时没少看关于火星的科普书、电影。

“在火星上种土豆还有一些遥远，不过在太空建设一个‘开心农场’不是难事，未来在月球或火星上建设太空农场也极有可能。”艾爸回答道。

“真的吗？我突然对这个太空农场如何建设产生了兴趣呢。爸爸，快给我讲讲吧！”小艾说道。

“好呀。”艾爸略加思索地讲了起来。

设想一下，如果你很幸运成为一名宇航员，一个人要在国际空间站里生活一年半载。刚开始，你一会儿俯瞰蔚蓝的地球，一会儿仰望炫烂的星空，感觉非常美好。但是日子一长，在狭小的空间站里，你会不会倍感孤独？

如果在空间站里能种种菜、养养花，每天看着种子慢慢长出绿芽，一点一点地长大，开花结果，在这期间，你还能给这些植物施施肥、浇浇水、剪剪枝、授授粉，每天记录一下它们的生长过程，同时做一些实验记录，偶尔拍一些美照或视频，然后与地球上的同事、家人和公众分享，是不是会为你的太空生活增加不少趣味？

尽管航天中心的营养师们尽其所能为你准备了美味营养的食物，但是航天飞船载荷毕竟有限，他们只好把食物尽量压缩再压缩，制作成包装食物。当你每天吃着这些包装食物，肯定会觉得单调而乏味，而且这些包装食物的营养成分特别是维生素C、维生素K等会逐渐丢失。如果时不时能吃到一些自己种植的新鲜蔬菜水果制作而成的沙拉，那是不是也算得上世间美味？

再进一步想象一下，在未来某个时候，越来越多的人类到月球、火星等星球上工作、旅行甚至定居，他们是不是需要大量食物，而完全从地球上运送食物成本将非常高昂。如果能在月球、火星或其他星球上建造一些可以重复利用的太空农场，种植新鲜的蔬菜、水果、花卉甚至粮食，为人类太空旅行者提供足够新鲜的食物，或许是未来开展星际移民的重要基础之一。

人类对未知世界充满好奇，人类对浩瀚宇宙的探索也从未止步。在迈出踏足外太空的第一步起，人类就开始探索太空环境对各种动物、植物甚至微生物有什么影响，植物能否在太空环境里生长，能否为太空旅行者提供新鲜的食物，特别是空间站建成之后，宇航员有了足够的空间和时间，来帮助地球上的科学家解答这些问题，也顺便为宇航员增加一些趣味，补充一些营养。

1982年，苏联礼炮7号空间站的航天员利用一种微型温室装置，首次开展了拟南芥“从种子到种子”全生命周期培养试验，证明地球上的植物可以在地球之外生长、结种，开启了人类在太空中种菜、种花、种谷物的尝试。随后十多年，苏联宇航员相继完成了多种植物的太空栽培试验，不过这些在太空生长的植物并非供人食用，而是仅限于科学研究。

真正在太空种菜吃的是美国宇航员。为了让宇航员吃上新鲜的蔬菜、水果或其他新鲜食物，美国宇航局开发了一些植物栽培装置，如蔬菜生产系统Veggie和高级植物栖息地APH。

蔬菜生产系统是一套适用于航天空间站、能自动为蔬菜生长提供光照、水分、空气和营养的小型植物生长装置，体积只有一个行李箱大小，一般可种植6种蔬菜。从2014年开始，美国宇航员在国际空间站用蔬菜生产系统相继培养了生菜、大白菜、小白菜、羽衣甘蓝、芥菜和百日菊等植物，其中一部分供科学研究，另一部分则被宇航员做成沙拉吃掉，听说味道好极了。

高级植物栖息地则是更复杂、更加自动化、全封闭式的植物生长装置，配备了摄像头和180多个传感器，这些传感器可对光照、温度、湿度、大气含量等进行感应和调控，并与地面实验室保持连线，以便地面与空间站同步开展观察和研究。高级植物栖息地装置可以进行更复杂、更多样、更长期的植物生长研究。迄今为止，美国宇航员已利用这一装置，开展了拟南芥、矮杆小麦、萝卜、辣椒等植物的全生命周期培养试验。辣椒种植试验是其中周期最长，也是最“刺激”的试验，经过三个多月的生长，辣椒种子经历了发芽、开花、结果、成熟等全过程。2021年11月，辣椒成熟后，宇航员把其中一部分储藏起来，留给地面实验室开展后续分析研究，另一部分则被他们制作成美食。

宇航员与自己在国际空间站种植的辣椒合影。（NASA / 图）

神舟五号载人首飞、玉兔号探访月球、祝融号巡视火星，中国空间站“太空会师”……蓬勃发展的中国航天事业也为太空农场探索注入了新的活力。

2019年1月，一个神秘的科学装置被中国月球探测器嫦娥四号运送到了月球背面，它在执行一项重要任务。这个科学装置是由重庆大学的科学家研制，里面装载着棉花、油菜、马铃薯、拟南芥等四种种子，以及酵母和果蝇两种动物卵。在月球背面着陆后，原本处于休眠状态的种子开始苏醒，进入生长发育模式。在9天时间里，这些种子开始萌发，其中棉花种子还长出了嫩芽。虽然棉花种子在月球上发芽只是昙花一现，但是这是月球上长出的第一片绿叶，或许在不久的将来，会有更多的植物在月球上发芽、开花和结果。

在刚刚建成的中国空间站中，中国宇航员开启了更长周期的植物生长试验，这次的试验对象是拟南芥和水稻。众所周知，水稻最早起源于中国，也是中国的主要粮食作物之一，之前还没有人开展过水稻在太空中的全生命周期培养试验。在长达4个月的试验时间里，拟南芥和水稻都顺利完成了种子萌发、幼苗生长、开花结籽的全生命周期，证明水稻可在空间站生长。不过，科学家观察到，空间站的水稻多项指标与地面种植的水稻存在显著差异，比如开花期提前、灌浆时间延长等等。

水稻一般具有再生能力，在正常收获稻谷后留下的稻秆还能长出稻穗，从而可提高水稻单产。本次试验也对空间站水稻再生能力进行了观察，结果稻谷收获二十多天后，一株空间站的水稻同样实现再生，长出了两根稻穗，说明空间狭小的封闭环境中再生稻是可行的。

我国在航天育种领域已经取得了全球领先的科技成果，相信随着中国空间站、载入登月工程和行星探测工程等航天工程的深入开展，我国宇航员将在更广阔的空间里种菜、种花、种庄稼，为未来太空旅行者带来新鲜营养美味的美食。

中国空间站里长出的水稻种子。

不过，到目前为止，这些在空间站中进行的植物种植试验都是极小规模的，要真正建成太空农场，是一个巨大的挑战，还有许多问题需要解决。

不管月球还是火星，其恶劣的环境根本不适合植物生长，所以建造太空农场的第一步是要建造一个大型智能控制温室设施，类似地球上建设的智能温室大棚，让植物有“房子”住。首先这个温室设施是完全密闭的，能维持温度稳定，且能保护植物和人类免受宇宙射线的辐射；其次，这个温室设施适合远程控制，需要全程监控植物的生长过程，并适时对温度、光照、大气、水分和营养素等进行精准调控。

第二步是要让植物“有吃有喝”，维持植物生命的运行和整个温室设施的运行。温室运行主要动力来自太阳能发电，这个技术难度不大，但是要为植物生长提供必要的土壤、营养素、水分、大气等，是一个大难题。土壤主要是为植物根系生长提供支撑和营养，研究表明，植物可以在月壤或火山灰中生长，但是长得比地球土壤中的要缓慢。除了土壤，还可以用水培方法，这个在地球上的智能温室比较普遍。当然，水培需要大量的水，月球和火星都是干燥星球，没有什么水分，需要人工合成，这就必须根据植物需要精准给它们分配水分。植物进行光合作用还需要二氧化碳，植物生长则需要氮、磷、钾等营养素，这些都需要充分利用所在星球的原材料合成或提取。

如果“住房”和“吃喝”问题解决了，就可以把主角请出来了。这时候选择种植什么样的植物非常重要，并非所有植物都适合太空农场。首先，这些候选植物必须能适应太空的微重力、辐射多、温差大、缺水少肥等不利条件；其次候选植物应富含维生素、抗氧化剂等营养成分，以为宇航员、太空游客或定居者补充额外的营养成分；还有就是候选植物应该具有生长周期短、占用空间小、便于管理等特点。除了从已有的植物品种中筛选，未来或许会有科学家为太空农场量身定做专门的植物品种，比如更适应在火星灰中生长的土豆，在微重力条件下长得更好的番茄等等。

因此，每种准备在太空农场种植的植物都需要精心挑选，并在地面实验室通过模拟测试，对其生长所需的营养素、水分、大气、光照等都进行精确测算，以求在太空中最大限度地减少资源的浪费。值得一提的是，美国宇航局将这部分工作交给了中学生。宇航局启动了一个“在地球之外生长”公益计划，邀请全美国的中学生参与太空植物生长研究，筛选适合在国际空间站种植的植物。截止到2022年12月，共有4万多名中学生和他们的指导老师参与这项活动，已经开展了180多种植物的筛选试验，在蔬菜生产系统上种植的小白菜正是其中之一。

中国载人登月计划正在稳步实施，美国政府也计划重返月球，马斯克甚至提出在2050年前后在火星上建立可自给自足的城市，人类在地球之外定居的日子似乎越来越近，届时建设太空农场是其中必不可少的环节，这需要全球未来科学家继续完善太空农场，或许你也可以参与其中。

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