近日，神舟十六號(hào)航天員乘組在中國空間站通過專業(yè)的太空栽培裝置喜獲豐收。
▲ 乘組成員正在向鏡頭展示“太空菜園”的勞動(dòng)成果
這個(gè)裝置就是此前被稱為“太空菜園”的太空栽培裝置，是中國航天員科研訓(xùn)練中心科研人員設(shè)計(jì)的一種模塊化的簡易太空植物栽培裝置，采用開放式結(jié)構(gòu)，航天員可以與植物隨時(shí)親密接觸。
植物生長所需要的二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環(huán)境，和艙內(nèi)航天員基本一致，植物種植操作簡單，便于照料。航天員還可按個(gè)人喜好將該裝置任意擺放在艙內(nèi)有光照的地方，為自己的工作生活環(huán)境增添一抹綠意。這次種植的生菜得到科學(xué)配置的光照和水分，在太空環(huán)境下也長勢喜人。
▲ 神舟十六的小“菜園”光照提供
此前，在神舟十一號(hào)、神舟十四號(hào)任務(wù)期間，已有多位航天員體驗(yàn)過當(dāng)“太空菜農(nóng)”的感覺，并成功種植過生菜、小麥、水稻和擬南芥。
神舟十一號(hào)任務(wù)中，航天員完成了生菜播種、培育、收割的全過程，神舟十四號(hào)航天員在中秋節(jié)當(dāng)天還吃上了太空種植的新鮮蔬菜。
▲ 2022年中秋節(jié)“神十四”乘組食用在軌種植的生菜
為什么要在太空種植植物呢？
01
利用空間實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，研究太空微重力等特殊環(huán)境對(duì)植物生長發(fā)育、生理生化等方面的影響。
02
為航天員提供食物、氧氣和水。植物的這種生產(chǎn)功能對(duì)建立自給自足、高物質(zhì)閉合度的地外生命保障系統(tǒng)具有非常重要的作用，可大大降低長期載人飛行任務(wù)的后勤物資供應(yīng)成本，科研人員已開展以植物為核心部件的地外生命保障系統(tǒng)研究工作。
02
可為航天員提供綠色鮮活的環(huán)境，通過照料植物可以緩解航天員壓力，正向調(diào)節(jié)航天員心理情緒。
▲航天員陳冬在“天宮二號(hào)”介紹太空中的植物栽培情況
太空微重力環(huán)境下種植植物有何難點(diǎn)？
在神舟十四號(hào)航天員乘組返回75天后首次公開亮相的記者見面會(huì)上，航天員蔡旭哲就曾和大家分享在太空培育蔬菜與地面培育的不同：“我覺得最大的不一樣就是澆水比較困難，在失重環(huán)境下，水停留在根系表面，不容易深入植物根層。”
太空微重力環(huán)境下，水分養(yǎng)分傳導(dǎo)和氣體交換等特性與地面1G重力環(huán)境不一樣。太空微重力環(huán)境會(huì)造成在植物根系周圍形成一個(gè)邊界層，水、氣無法自動(dòng)分離，植物必須依賴外力才能與周圍環(huán)境進(jìn)行正常物質(zhì)交換。
如果植物根部水分運(yùn)動(dòng)控制不好，極易造成根部水分過多而根系缺氧，或者水分過少而根系缺水。
▲ 神舟十六的菜園供水裝置
太空微重力條件下的水分供應(yīng)是否合理將直接影響植物生長介質(zhì)中的水分、氧氣分布情況，進(jìn)而影響到植物根系水分吸收和根系呼吸，也會(huì)影響礦質(zhì)養(yǎng)分的流動(dòng)與供給，最終影響到植物的正常生長。因此，微重力條件下的水分養(yǎng)分供給技術(shù)是空間植物栽培的關(guān)鍵。
如何實(shí)現(xiàn)太空“種菜”？
為解決微重力條件下的水分養(yǎng)分供給問題，科技工作者們開展了大量的研究工作。
▲ 在“天宮二號(hào)”種菜時(shí)使用的基質(zhì)材料
從研究的結(jié)果來看，利用人工基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)是太空植物培養(yǎng)的主要方式，水分的運(yùn)動(dòng)主要依靠基質(zhì)顆粒的毛細(xì)作用力來進(jìn)行。栽培基質(zhì)的選擇從早期的離子交換樹脂、固態(tài)化瓊脂，到后來的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結(jié)的陶粒等，并圍繞這些基質(zhì)材料，研發(fā)了多種太空植物培養(yǎng)水分養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng)，應(yīng)用到不同類型的太空植物栽培裝置中，進(jìn)行太空植物培養(yǎng)。
植物栽培基質(zhì)“新升級(jí)”
隨著中國空間站進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營，航天員在軌工作生活長達(dá)半年之久，對(duì)新鮮蔬菜，以及太空綠色鮮活環(huán)境的需求增加，植物種植的面積和數(shù)量將會(huì)越來越大。
在新的情況下，對(duì)植物培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的各種廢物（如根系、枯枝殘葉、廢棄基質(zhì)等）的處理，成了科研人員需要解決的問題。
目前太空植物栽培采用的栽培基質(zhì)大多為細(xì)小顆粒狀，盡管采用了特殊的防護(hù)措施，但還是避免不了植物栽培過程中有顆粒狀基質(zhì)脫落并飄浮在艙內(nèi)，給航天員制造了不少麻煩。
為此，科研人員在開展廢棄物處理與植物培養(yǎng)再利用的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種可生物降解、能重復(fù)利用的植物栽培基質(zhì)，這種基質(zhì)以塊狀結(jié)構(gòu)形式存在，不會(huì)脫落碎屑，而且具備良好的通氣、保肥和導(dǎo)水性能。
“天宮種菜夢(mèng)”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)未來，“太空菜園”將不僅為航天員提供食物、氧氣和水，作為空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，還將對(duì)研究太空微重力等特殊環(huán)境對(duì)植物生長發(fā)育、生理生化等方面的影響發(fā)揮作用。
期待在不久的將來，航天員能在空間站上種植收獲更加多樣化的蔬菜水果，豐富在軌食譜。
資料來源 | 掌上青島、光明網(wǎng)、載人航天小喇叭
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