在太空建“開心農場”

湯波

“太瘋狂了吧，馬斯克竟然提出移民火星！”小艾正在看一篇介紹馬斯克火星移民計劃的文章，感慨地說道。

“是的，馬斯克的確是個腦洞大開、富有創意的企業家。馬斯克的計劃能不能成功不好說，但是人類移民火星還真有可能成功實現?！卑纸舆^話題。

“不可能吧，我可知道火星上干燥、寒冷，沒有空氣，是一片生物無法生存的荒漠?；鹦巧蠠o法種植莊稼，地球人移民過去吃什么呢？難道像電影《火星救援》中的主人公馬克那樣種土豆？”小艾平時沒少看關于火星的科普書和電影。

“在火星上種土豆還有一些遙遠，不過在太空建設一個‘開心農場不是難事。未來在月球或火星上建設太空農場也極有可能?！卑只卮鸬?。

“真的嗎？我突然對這個太空農場如何建設產生了興趣呢。爸爸，快給我講講吧！”小艾說道。

“好呀?！卑致约铀妓骱笾v了起來。

“開心農場”好處多

設想一下，如果你很幸運成為一名宇航員，一個人要在國際空間站里生活一年半載。剛開始，你一會兒俯瞰蔚藍的地球，一會兒仰望絢爛的星空，感覺非常美好。但是日子一長，在狹小的空間站里，你會不會倍感孤獨？

如果能在空間站里種種菜、養養花，每天看著種子慢慢長出綠芽，一點一點地長大，開花結果，在這期間，你還能給這些植物施施肥、澆澆水、剪剪枝、授授粉，每天記錄一下它們的生長過程，同時做一些實驗記錄，偶爾拍一些美照或視頻，然后與地球上的同事、家人和公眾分享，是不是會為你的太空生活增加不少趣味？

盡管航天中心的營養師盡其所能為你準備了美味營養的食物，但是航天飛船載荷畢竟有限，他們只能把食物盡量壓縮再壓縮，制作成包裝食物。當你每天吃著這些包裝食物，肯定會覺得單調而乏味，而且這些包裝食物的營養成分，特別是維生素C、維生素K等會逐漸丟失。如果時不時能吃到用自己種植的新鮮蔬菜、水果制作而成的沙拉，那是不是也算得上世間美味？

再進一步想象一下，在未來某個時候，越來越多的人類到月球、火星等星球上工作、旅行甚至定居，他們是不是需要大量食物？而完全靠從地球上運送食物成本將非常高昂。如果能在月球、火星或其他星球上建造一些可以重復利用的太空農場，種植新鮮的蔬菜、水果、糧食甚至花卉，為人類太空旅行提供足夠新鮮的食物，或許是未來開展星際移民的重要基礎之一。

太空種菜已是家常便飯

人類對未知世界充滿好奇，人類對浩瀚宇宙的探索也從未止步。從邁出踏足外太空的第一步起，人類就開始探索太空環境對各種動物、植物甚至微生物有什么影響，植物能否在太空環境里生長，能否為太空旅行者提供新鮮的食物。特別是空間站建成之后，宇航員有了足夠的空間和時間，來幫助地球上的科學家解答這些問題，也順便為宇航員增加一些趣味，補充一些營養。

1982年，蘇聯“禮炮7號”空間站的航天員利用一種微型溫室裝置，首次開展了擬南芥“從種子到種子”全生命周期培養試驗，證明地球上的植物可以在地球之外生長、結種，開啟了人類在太空中種菜、種花、種谷物的嘗試。隨后10多年，蘇聯宇航員相繼完成了多種植物的太空栽培試驗。不過這些在太空生長的植物并非供人食用，而是僅限于科學研究。

真正在太空種菜吃的是美國宇航員。為了讓宇航員吃上新鮮的蔬菜、水果以及其他新鮮食物，美國國家航空和航天局開發了一些植物栽培裝置，如蔬菜生產系統（Veggie）和高級植物棲息地（APH）。

蔬菜生產系統是一套適用于航天空間站、能自動為蔬菜生長提供光照、水分、空氣和營養的小型植物生長裝置，體積只有一個行李箱大小，一般可種植6種蔬菜。從2014年開始，美國宇航員在國際空間站用蔬菜生產系統相繼種植了生菜、大白菜、小白菜、羽衣甘藍、芥菜和百日菊等植物，其中一部分供科學研究，另一部分則被宇航員做成沙拉吃掉，聽說味道好極了。

高級植物棲息地則是更復雜、更加自動化、全封閉式的植物生長裝置，可以進行更復雜、更多樣、更長期的植物生長研究，配備了攝像頭和180多個傳感器。這些傳感器可對光照、溫度、濕度、大氣含量等進行感應和調控，并與地面實驗室保持連線，以便地面與空間站同步開展觀察和研究。迄今為止，美國宇航員已利用這一裝置，開展了擬南芥、矮稈小麥、蘿卜、辣椒等植物的全生命周期培養試驗。辣椒種植試驗是其中周期最長，也是最“刺激”的試驗，經過三個多月的生長，辣椒種子經歷了發芽、開花、結果、成熟等全過程。2021年11月，辣椒成熟后，宇航員把其中一部分儲藏起來，留給地面實驗室開展后續分析研究，另一部分則被他們制作成了美食。

水稻在中國空間站結出種子

神舟五號載人首飛、玉兔號探訪月球、祝融號巡視火星，中國空間站“太空會師”……蓬勃發展的中國航天事業也為太空農場探索注入了新的活力。

2019年1月，一個神秘的科學裝置被中國月球探測器嫦娥四號運送到了月球背面，它在執行一項重要任務。這個科學裝置由重慶大學的科學家研制，里面裝載有棉花、油菜、馬鈴薯、擬南芥、酵母和果蠅6種生物。在月球背面著陸后，原本處于休眠狀態的種子開始蘇醒，進入生物月面生長發育模式。在9天時間里，植物種子開始萌發，其中棉花種子還長出了嫩芽。雖然棉花種子在月球上發芽只是曇花一現，但這是月球上長出的第一片綠葉?；蛟S在不久的將來，會有更多的植物在月球上發芽、開花和結果。

在剛剛建成的中國空間站中，中國航天員開啟了周期更長的植物生長試驗，這次的試驗對象是擬南芥和水稻。眾所周知，水稻最早起源于中國，也是中國的主要糧食作物之一，之前還沒有人開展過水稻在太空中的全生命周期培養試驗。在長達4個月的試驗時間里，擬南芥和水稻都順利完成了種子萌發、幼苗生長、開花結籽的全生命周期，證明水稻可在空間站生長。不過，科學家觀察到，空間站培養的水稻的多項指標與地面種植的水稻存在顯著差異，比如花期提前、灌漿時間延長等等。

水稻一般具有再生能力，在正常收獲稻谷后留下的稻稈還能長出稻穗，從而可提高水稻單產。本次試驗也對空間站水稻的再生能力進行了觀察，結果稻谷收獲20多天后，一株空間站的水稻同樣實現再生，長出了兩根稻穗，說明太空水稻再生稻的種植是可行的。

我國在航天育種領域已經取得了全球領先的科技成果。相信隨著中國空間站、載人登月工程和行星探測工程等航天工程的深入開展，我國航天員將在更廣闊的空間里種菜、種花、種莊稼，為未來太空旅行者帶來新鮮、營養、美味的食物。

離真正的太空農場還有多遠

不過，到目前為止，這些在空間站中進行的植物種植試驗都是極小規模的，要真正建成太空農場，是一個巨大的挑戰，還有許多問題需要解決。

不管月球還是火星，其惡劣的環境根本不適合植物生長，所以建造太空農場的第一步是要建造一個大型智能控制溫室設施，類似地球上搭建的智能溫室大棚，讓植物有“房子”住。首先，這個溫室設施是完全密閉的，能維持溫度穩定，且能保護植物和人類免受宇宙射線的輻射；其次，這個溫室設施適合遠程控制，以便科學家可以全程監控植物的生長過程，并適時對溫度、光照、大氣、水分和營養素等進行精準調控。

第二步是要讓植物“有吃有喝”，以保障植物生長所需的供給和整個溫室設施的運行。溫室運行的主要動力來自太陽能發電，這個技術難度不大，但是要為植物生長提供必要的土壤、營養素、水分、大氣等，是一個大難題。土壤主要是為植物根系生長提供支撐和營養。研究表明，植物可以在月壤或火山灰中生長，但是長得比在地球土壤中要緩慢。除了土壤栽培，還可以用水培方式，這在地球上的智能溫室中比較普遍。當然，水培需要大量的水，月球和火星都是干燥星球，水分需要人工合成，這就必須根據植物需要精準給它們分配水分。植物進行光合作用還需要二氧化碳，植物生長則需要氮、磷、鉀等元素，這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”問題解決了，就可以把主角請出來了。這時候選擇種植什么樣的植物非常重要，并非所有植物都適合太空農場。首先，這些候選植物必須能適應太空的微重力、輻射多、溫差大、缺水少肥等不利條件；其次，候選植物應富含維生素、抗氧化劑等營養成分，以為航天員、太空游客或定居者補充更多的營養成分；還有就是候選植物應該具有生長周期短、占用空間小、便于管理等特點。除了從已有的植物品種中篩選，未來或許會有科學家為太空農場“量身定做”專門的植物品種，比如更適合在火星灰中生長的土豆、在微重力條件下長得更好的番茄等等。

因此，每種準備在太空農場種植的植物都需要精心挑選，并在地面實驗室通過模擬測試，對其生長所需的營養素、水分、大氣、光照等都進行精確測算，以求在太空中最大限度地減少資源的浪費。值得一提的是，美國國家航空和航天局將這部分工作交給了中學生。他們啟動了一個“在地球之外生長”公益計劃，邀請全美國的中學生參與太空植物生長研究，篩選適合在國際空間站種植的植物。截至2022年12月，共有4萬多名中學生和他們的指導老師參與這項活動，已經開展了180多種植物的篩選試驗，在蔬菜生產系統上種植的小白菜正是其中之一。

中國載人登月計劃正在穩步實施，美國政府也計劃重返月球，馬斯克甚至提出在2050年前后在火星上建立可自給自足的城市，人類在地球之外定居的日子似乎越來越近。屆時，建設太空農場是其中必不可少的環節，這需要全球科學家繼續完善太空農場，或許你也可以參與其中。