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宇航员将需要前往火星等地的食物和水系统

如果人类要前往月球或火星等遥远的太空目的地,他们就需要长时间的生活方式。其中一个关键的挑战包括如何在远离地球的地方有安全的食物和水吃和喝。

在国际空间站(ISS)上,宇航员可以从访问空间站的货运飞船上获得补给,只需要6个小时就可以到达那里。但是到达火星的旅程时间至少是8个月。如果你在这颗红色的星球上,你需要独自行动。

科学家们一直致力于解决这个问题。他们一直在寻找宇航员自己生产净水和种植食物的方法。同样重要的是,他们正在确保减少任何污染的风险,以保证宇航员在长期任务中尽可能安全和健康。

干净的水

在地球上,我们很多人都认为喝水是理所当然的,但在太空任务中,喝水就更难了。国际空间站利用化学物质回收大部分水,但它仍然依赖大量从地球运来的水来给宇航员提供干净的水。

一个名为BIOWYSE的项目希望为长期任务找到解决水问题的方法。该项目着眼于如何长时间储存水,实时监测水中的微生物污染,然后在需要的时候通过紫外线而不是化学物质来净化饮用水。

BIOWYSE的协调员Emmanouil Detsis博士说:“我们想要一个系统,你可以把水从a端到Z端,从储存水到供人饮用。”“这意味着你可以储存水,你可以监测生物污染,你可以在必要的时候消毒,最后你可以把水送到杯子里喝。”

最终的结果是一台可以执行所有这些任务的全自动机器。“当有人想喝水时,你就按下按钮,”迪特西斯博士说。对水进行检查,必要时进行消毒,然后运送。“它就像一个饮水机,”他说。

科学家们正在探索如何用紫外线而不是化学物质来净化长期储存在太空中的水。图像credit-BIOWYSE财团

这台机器甚至可以分析航天器内潮湿表面的样本,看看它们是否受到了污染,对宇航员是否有危险。迪特西斯博士说:“在封闭的栖息地里,湿度会开始增加,可能会有不干净的角落或区域。”“所以我们开发了一种可以快速检测这些区域的方法。”

该项目在地球上开发了这台机器的原型,长度约一米,其想法是更小的版本可以在像国际空间站这样的地方使用。然而,最终的想法是,像BIOWYSE这样的系统可以用于未来的探索,并且原型仍然可以用于未来任何适用的任务。

“该系统的设计考虑到了未来的栖息地,”迪迪斯博士说。“所以在未来几十年内,在月球周围建立一个空间站,或者在火星上建立一个野外实验室。这些地方的水可能在船员到达之前就已经停在那里了。”

自我维生

水很难获得,但在太阳系中并不稀缺。月球和火星上都有冰,理论上可以转化为饮用水。但是自给自足的一个更困难的前景是食物——宇航员的任何食物都需要从地球上带来。

关于如何在没有持续补给任务的情况下种植粮食,有一些发展中的想法。在国际空间站上的几年里,宇航员们一直在使用像欧洲模块化栽培系统(EMCS)这样的机器来研究植物的生长,如西洋菜。EMCS于2006年发射。2018年,ECMS被一种名为Biolab的类似机器所取代。

挪威空间跨学科研究中心(CIRiS)的Ann-Iren Kittang Jost博士是“时间尺度”项目的协调员,该项目着眼于开发一种新的系统来种植可以在太空中安全食用的植物。她说,当Kittang Jost博士开始这个项目时,EMCS已经在太空中存在了10年,是时候对它进行升级了。

“我们(需要)最先进的技术来为未来的月球和火星太空探索培育食物。”

Ann-Iren Kittang Jost博士,挪威空间跨学科研究中心

时间尺度的目标是在未来的栽培机器中产生一种循环水和养分的方法,同时更容易监测植物的健康状况,从而发展出太空“温室”的想法。

她说:“我们(需要)最先进的技术,为未来的月球和火星太空探索培育食物。”“我们以(ECMS)为起点来定义概念和技术,以了解在微重力环境下种植作物和植物的更多知识。”

《时间尺度》设想了一种机器,它比手提箱大小的emc有更大的种植空间,有更多的功能。“我们建立了一个原型,证明我们可以循环利用这些营养,我们可以在那里种植沙拉或生菜,”Kittang Jost博士说。“我们可以生产它们,并监测水中的营养。我们证明了这个概念。”

与Biolab和ECMS一样,这个原型被设计成使用一个旋转的离心机来模拟月球和火星上的重力,以测量植物对养分或水分的吸收。这样的想法不仅对太空旅行有用,对地球上的人也有用。“重要的是找到与我们面临的挑战的协同作用,”基特唐·约斯特博士说。这包括找到在我们自己的温室里重复利用营养和水的方法,例如通过改进传感器技术和开发更好的方法来监测营养和植物健康。

世界

为了能在月球和火星这样的星球上旅行甚至生活,这类技术将是至关重要的——让宇航员在远离地球的时候能够自给自足。确保这些地方储存的水是净化过的,可以安全饮用是非常重要的。

“它不会像国际空间站那样,”迪特西斯博士说。“你不会一直有一个固定的团队。有一段时间实验室可能是空的,直到三四个月(或更长时间)后下一个轮班到来时才会有工作人员。水和其他资源将留在那里,它可能会滋生微生物。”

Kittang Jost博士说,在生产安全食品方面,我们已经接近于建立一个可用于未来任务的系统的目标。“我们已经很接近了,”她说。“这当然是一个挑战。但建造温室应该是可行的。”

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