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按地球的形式设计月球和火星温室


2017/5/25 14:57:41 编辑:admin 来源:本站整理 
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  • 通过设计并建造一个创新性的水培植物大棚(hydroponic plant growth chamber), 月球温室的原型设计是为了在月球或火星等遥远的地方为宇航员提供持续的蔬菜。 它被设计用于种植农作物不仅提供食物, 还能净化空气, 回收废水废物。
    Credits: University of Arizona

    当宇航员在国际空间站里成功种出了植物和蔬菜时, NASA肯尼迪宇航中心(Kennedy Space Center)的科学家正与一支来自大学的团队合作开发长期解决方案, 以支持探索先驱们在深空中工作。  

    尽管研究人员认为人类探索地外空间的征途之中困难重重, 但是他们相信一定能找到解决方案。 根据肯尼迪高级生命支持研究(Kennedy Advanced Life SUpport Research)项目首席科学家Ray Wheeler博士的说法, 月球/火星温室原型将支持目前正在进行的研究, 在太空中种植蔬菜以供食用, 种植植物以维系生命支持系统。  

    在亚利桑那大学(University of Arizona)的控制环境农业中心(Controlled Environment Agriculture Center, CEAC), 这个18英尺长, 直径7英尺3英寸的月球温室是生物再生生命支持系统(boiregenerative life support system)的原型。  
    Credits: University of Arizona

    “我们和一支来自亚利桑那大学的由科学家、工程师和小企业的团队一起, 合作开发这个闭环系统, ”他说, “我们的方法是利用植物代谢二氧化碳(carbon dioxide), 同时提供食物和氧气。 ” 

    目前的原型包括一个可充气展开的温室, 它将被用于种植植物和蔬菜以获得养分, 再生空气, 水循环和废物回收利用。 这个过程被称为生物再生生命保障系统(bioregenerative life support system)。  

    Wheeler提到, 宇航员呼出的二氧化碳会被收集到温室中, 温室中的植物会通过光合作用(photosynthesis)产生氧气。 水循环的起点则是与宇航员一同运达的水, 或在月球或火星的登陆点找到的水。 这些水经过了加氧和添加营养盐的处理, 流经植物根部后, 返回储存系统。  

    回到地球上位于图森(Tucson)的亚利桑那大学, 涉及月球温室原型的测试包括决定哪种植物, 种子或者其他资源应该被带上以使这个系统在月球或火星上正常工作。  

    研究携带什么和在当地采集什么将成为在遥远地点生存下去的关键。 利用当地可用或可种植的资源被称为现场资源利用(in-situ resource utilization, ISRU)。  

    NASA的科学家和工程师正在开发系统以利用月球或火星表面特定地区理论上可获取的资源, 例如水资源, 来支持可能长达数月或数年的任务。  

    “我们在模仿植物在地球上生长时可能需要的条件, 并利用这一过程实现生命支持, ”亚利桑那大学控制环境农业中心主任Gene Giacomelli博士说, “月球温室的整个系统, 确实相当于在小范围内重现了地球上的生态系统。 ” 

    Giacomelli是亚利桑那大学农业和生物系统工程系(Agricultural and Biosystems Engineering Department)的教授, 他进一步说明了研究的下一步是要利用另一个月球温室进行专门的测试, 以保证开发出来的系统能够切实支持一队宇航员在月球或火星的工作。  

    “我们会开发电脑模型, 模拟我们的做法, 以实现自动控制环境, 提供稳定的氧气供给。 ”他说。  

    除此之外, 亚利桑那大学的Roberto Furfaro博士是整个计划目前所处阶段的首席调查员(principal investigator)。 他是工程学院(the College of Engineering)系统与工业工程系(Systems and Industrial Engineering Department)的教授。  

    目前开发的原型呈圆柱形, 18英尺长, 直径超过8英尺, 由该计划的一个合作伙伴萨德勒机械公司(Sadler Machine Company)建造。  

    为保证不受宇宙中的辐射影响, 温室会被埋在表层土以下, 因此需要特殊照明设备。  

    “我们已成功利用LED灯种植出了植物, ”Wheeler说, “我们还尝试混合使用自然光和人造光来种植植物。 ” 

    太阳光将被光线集中器(light concentrator)收集, 然后通过光纤束(fiber optic bundle)送到温室之中。  

    地球上正在展开针对在太阳系其他星球表面工作的研究, 在国际空间站上, 宇航员也获得了在宇宙中种植农作物的经验。  

    在国际空间站(International Space Station)上, 宇航员们掌握了在太空中种植农作物的经验。 2016年12月2日, NASA的第50远征队指挥官Shane Kimbrough在蔬菜实验中收获了生菜。 蔬菜植物生长系统(Veggie Plant Growth System)是用于蔬菜种植的可展开单元, 用于种植沙拉类的蔬菜, 为宇航员提供可口且有营养的安全新鲜食物。  
    Credits: NASA

    NASA的植物生长系统是空间站上第一个由美国建造的新鲜食物生长的实验。 在为长期探索任务开发食物生产系统(food production system)的过程中, 它推动了后续研究。 这项工作是肯尼迪宇航中心的一项成果, 由人类研究项目(Human Research Project)和太空生命物理科学部(Space Life Physical Science Division)主导的为空间探索所做的植物可食用研究和生产。  

    在地球上, Wheeler认为要在地外探索中维持生命的话, 温室系统是天然的解决方案。  

    “我觉得带着我们地球上的伙伴一起探索宇宙, 这很有趣, ”他说, “在存储和补给上, 也许工程师们能有其他解决办法, 但那都不可持续。 温室能提供的是在月球, 火星或更遥远星球上长期探索时的自给自足。 ”

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