太空蔬菜园:让宇航员自给自足 | 科技环境 | DW | 01.08.2013
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科技环境

太空蔬菜园:让宇航员自给自足

如果人类真的要登陆火星,那就必须做好长途旅行的准备。最不可或缺的就是食物和氧气。如果不能把这些物资全部带在宇宙飞船上的话,那就需要通过循环利用系统“自给自足”。

Bildbeschreibung: Ein Versuchsaufbau des Projektes CROP ( Combined Regenerative Organic Food Production) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Tomaten wachsen in einem Glasröhrchen auf einem Lava-Substrat, das Abfälle kompostiert

Envihab, Gärtnern im Weltall, Tomaten im Glasröhrchen

(德国之声中文网)虽然这听起来好像是科幻小说里的情节,但终有一天,宇航员会正式向火星进发。对于科研人员和太空爱好者来说,月球也有着魔幻般的吸引力。比如说在月球上,未来就有可能建成一座空间基地,宇航员可以从那里向更遥远的太空目标出发。不管怎样,他们在很长时间内必须在宇宙飞船或者空间站里生活,与地球没有定期频繁的联系。在这种情况下,后勤补给就成了问题。

因为这些需要长期生活在太空的宇航员整个逗留期间所需要的氧气、食物和水,不可能全部都从地球上带过来。如果一次携带太多的补给品,将耗费巨大,因为在太空航行中,每一公斤多余的重量都会带来负面影响。

Bildüberschrift: Envihab, Algen-Bioreaktor Bildbeschreibung: Ein Algen-Flachpanel-Reaktor des Stuttgarter Instituts für Raumfahrtsysteme. In den Plastik-Tanks reifen Algen heran, die aus Wasser, Nährstoffen und CO2 Sauerstoff oder Wasserstoff und Nährstoff-Masse produzieren (Foto: Fabian Schmidt/ DW) Ich (Fabian Schmidt) habe sie alle selbst auf einer Reportage beim DLR in Köln Wahn am 5. Juli aufgenommen:

生物反应器

从水中提取空气

在这种情况下,所谓的"生命维持循环系统"就能派上用场了。其实,现在的国际空间站(ISS)已经在使用这种循环利用方法,比如水。德国航空太空中心(DLR)的生物学家波尔纳曼(Gerhild Bornemann)解释道:"系统对宇航员排出的尿液进行水分提取,余下的微量残留物被收集起来,等到下次返回地球的时候带走。"而提取出来的水则要进行化学净化处理,并重新并入宇宙飞船内部的水循环系统。

水具有至关重要的作用,因为目前国际空间站上的氧气就是通过电解的方式从水中提取的。在这个过程中,电流被导入水中,使得氧和氢发生分离。氢气目前还没有什么用途,被直接排入太空;而氧气则通入空间站里,让宇航员能够呼吸到新鲜空气。

不过,国际空间站始终不会离开地球太远。每年,它都会获得食物和水的补给。然而,如果未来国际空间站要去探寻距离地球更远的太空区域的话,就必须具备自给自足的能力。斯图加特航天系统研究所的宇航工程师布雷特施耐德(Jens Brettschneider)说:"在这种情况下,就需要生物循环系统发挥效用了。"他把希望寄托在微型藻类生物身上:"它们可以吸收人类呼出来的二氧化碳,制造新的氧气,并且提供生物能。"

海藻提供实物、能量和空气

Bildüberschrift: Envihab, Mehrschicht-Brennstoffzelle Bildbeschreibung: Der Aufbau einer Hochleistungs-Brennstoffzelle des Stuttgarter Instituts für Raumfahrtsysteme. Diese ist in der Lage aus Wasserstoff und Sauerstoff Wasser und Energie herzustellen (Foto: Fabian Schmidt/ DW) Ich (Fabian Schmidt) habe sie alle selbst auf einer Reportage beim DLR in Köln Wahn am 5. Juli aufgenommen:

燃料电池

这些藻类生物在一个所谓的平板反应器上生长。这是一个透明的有机玻璃缸,里面有绿色的水在循环流动。宇航员呼出来的空气不断被通入这些液体中。布雷特施耐德强调:"这样可以扩大接触面。此外还通过光照和黑暗交替的刺激方式,促使它快速生长。 "在地球上,现在就可以通过这种方式高效高产地养殖海藻。

此外,还有其他类型的海藻,它们制造的不是氧气而是氢气:这些藻类是厌氧的,生活在没有氧气的反应器中。如果把上述两种类型的海藻反应器结合起来,就可以通过燃料电池获取能源。此外,这个过程还能够产生水。布雷特施耐德解释道:"这样就可以实现能源、食物、氧气和二氧化碳的完美循环。而在我们现有的生存维持循环系统中存在的缺口就可以得到填补。"

不仅如此,这位空间技术工程师还将强调,这些反应器里的海藻还具有丰富的营养价值,可以食用。"可以把它做成一种酱,在微波炉里加热食用,或者是研磨之后混入菜肴里。"宇航员每日所需营养的大约20%都可以从微型藻类生物中获取。

Bildbeschreibung: Ein Versuchsaufbau des Projektes CROP ( Combined Regenerative Organic Food Production) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Tomaten wachsen in einem Glasröhrchen auf einem Lava-Substrat, das Abfälle kompostiert

玻璃管里长出来的番茄

新鲜蔬菜更好吃

然而,让宇航员每天只吃海藻酱是不行的,他们也需要一些美味食品。生物学家波尔纳曼建议,在通了水流的玻璃试管中培育番茄和其他蔬菜。玻璃管以火山熔岩土填充,以供植物扎根。火山灰不仅可以为蔬菜提供生长所需的营养元素,还有另外一个重要作用:帮助生物垃圾分解成肥料。

这种设想中的"蔬菜种植园"还没有在太空中得到应用。不过在地球上,它已经运行良好,比如在位于科隆的德国航空太空中心的实验室。生物学家波尔纳曼讲述道:"一些淘汰的实验设备现在还放在我们的办公室里,有时会把一块吃剩的面包扔进去分解堆肥。"这些蔬菜长势喜人,所以她和同事在休息的时候偶尔会摘两个番茄当作零食吃。

作者:Fabian Schmidt 编译:雨涵

责编:洪沙

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