殖民突破！為了在火星上生存，我們需要一種「取代地球的技術」

埃隆·馬斯克和SpaceX希望永久開拓火星，但傳統的生命維持系統擁有有限的空氣、食物和水供應。

植物和細菌可以循環利用宇航員的排泄物，同時給它們種植食物——這種方法被稱為生物生成生命支持。

NASA資助了一個火星月球溫室項目，目標是提供100%的空氣和50%的宇航員需要的食物。

中國正在加速生物再生的生命支持研究，但美國宇航局的類似項目已經放緩或停滯。

近年來，埃隆?馬斯克(Elon Musk)曾表示，他的火箭公司SpaceX正致力於在火星上建立100萬人口的殖民地。他的「抱負」時間表是在2022年發射一枚未被摧毀的大型獵鷹火箭，隨後是2024年的第一次人類登陸。

但最重要的問題仍然沒有得到馬斯克、他的公司和其他關注這個紅色星球的人的回答：火星人將如何生存，更不用說永久定居了?

20世紀90年代，在和平號空間站里，瓦萊里·波利亞科夫在太空中進行了最長的一次太空旅行。他在太空生活了大約14個月，但每隔幾個月就需要一次補給任務。1972年12月阿波羅17號登月任務期間，世界上最長的人只花了3天時間。

火星是一個更難生存的挑戰。這顆紅色星球平均距離地球1.58億英里，每隔26個月就有一扇小窗開啟一個相對快速的多月任務。任何不頻繁的新鮮空氣、食物和水的供應鏈，如發射台爆炸，都可能使沒有準備的探險者陷入困境。

「如果你被困在那裡，你需要大量的冗餘，這樣你就不會餓死，」亞利桑那州的植物學家轉行的機械師菲爾·薩德勒(Phil Sadler)對《商業內部》(Business Insider)說。「這是你能想到的最壞的情況，在火星上有六個人在打電話說，『我們快餓死了，我們快死了，我們只吃了鮑勃。』」

這就是為什麼Sadler多年來一直與亞利桑那大學和NASA的生命支持研究人員合作，在一個名為「火星月球溫室」的宇航員生存系統中工作。

為什麼NASA要把火星宇航員的生命維持下去?

火星月球溫室的原型，一個由美國宇航局資助的生物生成生命支持系統。

人類在太空中有四項重要的需求:可呼吸的空氣，乾淨的水，有營養的食物，以及丟棄或回收廢物的方法。但是，用目前的火箭技術向火星發射一磅東西，可能要花費數萬美元。

生物生成生命支持系統，正如它們所知道的那樣，承諾了一個解決方案。這一基本概念可以追溯到冷戰時期，它是在一個自給自足的系統中使用植物和微生物來回收廢物，並將其再生成空氣、水和食物。

「生物系統是非常有彈性的，」前NASA太空生命和物理科學部門主任d·馬歇爾·波特菲爾德(D. Marshall Porterfield)曾告訴《商業內幕》(Business Insider)。「他們傾向於自我修復，自我修復。」

在20世紀80年代，由於感測器的改進，計算機的速度越來越快，以及高效率的LED照明的出現，使得用流動的水和礦物鹽種植作物的無塵農場成為了一種選擇。因此，NASA在1987年到1998年間建造並測試了生物質生產商會，並在此過程中打破了食品生產記錄。

太空總署從該項目中吸取了經驗教訓，開始在約翰遜航天中心的生物實驗室工作。該設施被設計為一個兩級，多室空間任務模擬器，部分依賴於水ponic溫室的生命支持。從2003年開始，四名宇航員在一段時間內都要把自己鎖在裡面數百天。但是，在2002年，總統政府和美國國家航空航天局的勘探目標發生了變化。

儘管美國宇航局失去了大部分用於生物生成生命的資助，但它確實設法在2004年前後，在亞利桑那大學找到了資助火星月球溫室項目的資金。

每個單元的作物都生長在富含營養水的塑料衣袖裡。

每一個單元都是圍繞一個輕型鋁製框架和照明設備建造的，它可以摺疊到四英尺長，足夠小，可以容納一艘飛船大小的宇宙飛船。兩個人只需要10分鐘就能組裝好。火星或月球上的泥土可以堆在外面以防止隕石和輻射。

在裡面，塑料套管將水輸送到植物根部，將富含營養的液體送到計算機控制的時間表中，以達到最大的效率。一種由宇航員管理的外部調解員，在幫助過濾水的同時，消化人類和植物垃圾。

光可以由發光二極體產生或由外部使用太陽能聚光器和光纖電纜。

薩德勒說，有一個單位能充分發揮其潛力，可以提供50%的食物，100%的空氣，以及宇航員在火星或月球上所需要的100%的水。

「我們的想法是，『好吧，告訴我們你能生產多少食物，你能收穫多少水，能產生多少氧氣，給我們一些農業勞動的數據。』」「我們就是這樣開始的，」薩德勒說。他之所以參與這個項目，是因為他第一次把全年新鮮的農產品——或者「新鮮的」——帶到南極洲。(順便說一下，考慮到它的極端的隔絕能力和高達118華氏度的低值，南部大陸被認為是地球上最好的模擬火星或月球的地方。)

雖然主要是為植物設計的，但可以配置一根管來種植昆蟲、肉蟲或其他用於蛋白質的節肢動物。

火星月球溫室是如何運作的?

在火星的月球溫室里，源源不斷的營養豐富的水培水和來自上面的光會滋養莊稼。

下面的圖表顯示了一個火星-月球溫室，如果完成的話，將會使一個船員在沒有任何外部供應的情況下存活2年。

儘管看起來很先進，但這個系統還遠遠沒有準備好。例如，氧氣的產量大約是它的一半。

「我們需要在那裡種植更多的植物，或者讓它們生長得更快，產生更多的氧氣，」該項目的首席合作者、亞利桑那大學控制環境農業中心的負責人Gene Giacomelli在一個關於這項努力的視頻中說。

NASA對溫室項目的資金也在2017年8月枯竭。所以Giacomelli, Sadler和他們的同事正在尋找更多的研究資金來推進這個概念並使系統達到他們的目標效率。

與此同時，中國正準備用「月球Palace-1」實驗取代美國的生物發電。在2017年7月，四個學生把自己鎖在了這個結構的密閉範圍內，並在植物和肉蟲上生存了200天。據內部估計，2013年至少有17萬人參與了中國的太空計劃，不過最近的數字可能要高得多。

Porterfield說，做生物再生的生命支持工作絕不是一件容易的事情，如果我們認真地把人們送到火星上，而不是短暫停留，那麼現在就應該開始認真的研究了。(到目前為止，SpaceX公司的代表拒絕回答我們關於該公司生命支持研究的問題。)

Porterfield說:「我們正在談論的是取代地球的技術。」「這是我們目前的生物生成生命維持系統。」

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