要成为“星际物种”，我们须要找到在太空环境中可持续栽种粮食的方法。
三年后，美国国家航空航天局（NASA）将把宇航员送往月球，这是阿波罗时期以来的第一次。这项名为ArtemisIII的任务目前操持于2024年10月发射，作为NASA将“第一个女人和下一个男人”送上月球表面目标的一部分。
除此之外，NASA的阿尔忒弥斯操持还呼吁建立所有必要的根本举动步伐，以实现“可持续的月球探测操持”。这将包括建造月球通道，一个许可定期来回月球表面的轨道栖息地，以及阿尔忒弥斯基地——这将许可宇航员们长期勾留在月球表面。
为了实现这些目标，NASA正忙于开拓和测试半个世纪以来首次将宇航员带出近地轨道（LEO）的所有部件，如太空发射系统（SLS）和猎户座航天器。
除了NASA，欧洲航天局（ESA）、俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）、中国国家航天局（CNSA）和印度空间研究组织（ISRO）等航天机构都有将宇航员送上月球的操持。一些人乃至操持在月球的南极地区建立一个永久的月球定居点（比如欧空局的国际月球村落）。
除此之外，美国国家航空航天局（NASA）和其他太空机构也在深入研究人类如何在太空中长期生活和事情。这意味着要设计出能够为宇航员供应可呼吸的、温暖且不受环境成分影响的栖息地。
考虑到前往月球、火星或其他地方的任务将不能依赖定期的补给任务，这些栖息地也须要尽可能地自给自足。这意味着水和空气须要持续回收和清洁，一些食品须要在室内栽种。
这就产生了许多问题，由于太空对所有生物来说都是一个非常恶劣的环境。除了常见的危险之外，关于太空中的粮食生产，我们还有很多不知道的东西。但是，随着人类太空探索的新时期即将到来，我们决心要找到答案！
1.生活在太空中的寻衅。
太空是一个极其荒凉的地方。在低地球轨道(LEO)以外的任何地方，都存在着多种危险，这使得探索变得非常具有寻衅性。以月球和火星为例，这两者都是未来探索任务（乃至是定居）的目的地。
月球是地球最靠近的天体邻居，这使它成为最随意马虎、最快、本钱最低的目的地。与此同时，火星被认为是太阳系中第二适宜居住的天体。然而，如果没有一些严明的技能干预，长期生活和事情都是不可能的！
大气层：
首先，月球是一个没有空气的天体。虽然从表面排出气体产生的压力很小，但险些可以忽略到靠近真空的程度。另一方面，火星有大气层，但据我们所知也不能坚持生命的存活。
首先，火星表面的大气压力不到地球海平面（101.325kPa对0.655kPa）的1%。这种极稀薄的空气也紧张由二氧化碳（96%）、3%的氮气、1.6%的氩气和水蒸气组成，只有微量的氧气。因此，火星的大气层不仅太稀薄，无法呼吸，而且对付人类和动物来说，它是一种有毒的烟雾！
温度：
在地球上，我们稠密的大气层，驱动它的动力（别号：景象）、二氧化碳和其他温室气体的水平确保了温度随着韶光的推移相对稳定。当然，有地区和年度的变革，但总体上，变革的程度并不极度。
根据天下气候组织（WMO）的数据，地球均匀气温约为14摄氏度（57华氏度）。然而，它们也会从最小的-128.6°F到最大的134°F（-89.2°C到56.7°C）——即总的范围是262.6°F。（146°C）
在月球上，表面温度均匀在-9.4°F（-23°C）旁边，在阳光直射下从-280°F到243°F（-173°C到117°C）。从极冷到滚烫，总温度范围为523°F（290°C）。景象变革得太剧烈了！
火星的情形或许会好一点。在这颗赤色星球上，气温均匀在-82°F（-63°C）旁边，夏季中午从-226°F到95°F。从极冷到温暖，总温度范围为321°F。（178°C）
辐射：
在地球上，生活在发达国家的人们均匀每年受到约620mrem（6.2mSv）的辐射，相称于每天1.7mrem（0.017mSv）。根据最近的一项研究，在没有大气或磁场保护的情形下，月球的远侧受到的辐射是地球上发达国家的人们受到的200到1000倍！
再一次，火星上的情形要好一些，但肯定不是最好的！
2008年，美国宇航局进行了一项研究，显示火星上的宇航员（或殖民者）均匀每年暴露在2667mrem(26.67mSv)或每天0.073mSv的辐命中——这是这个数字的4.3%。
微重力：
虽然针对上述所有寻衅都有预先存在的计策，但仍旧存在严重性问题。国际空间站（ISS）上正在进行的研究表明，长期暴露在微重力下会对宇航员的康健产生有害影响——从肌肉和骨骼到心脏康健和生理疾病。
然而，月球引力和火星引力对地球生命康健的长期影响还没有被很好地理解。在月球和火星上，重力分别是我们在地球上经历的重力的16.6%（0.166克）和38%（0.376克）。
2.食品，无上荣光的食品。
虽然可以有把握地假设效果是相似的，但对付食品而言，我们仍须要做大量的研究。我们须要理解对付食品而言，上述对付人类可能产生的影响将如何以及何时生效，它们可能会持续多久，它们如何(或是否)可以逆转，以及从长远来看，可以做些什么来缓解它们。
所有这些危害对植物也存在一个潜在的风险，宇航员将依赖植物来供应大部分营养。植物性蛋白质的好处是更可持续，资源密集度更低，许多绿色蔬菜还含有我们离不开的矿物质和营养物质。
但是，如果未来外太空的人也打算在他们的饮食中加入动物蛋白，那就意味着家畜，这意味着它们的康健也必须得到担保。在我们弄清楚如何做到这一点之前，须要进行大量的研究。幸运的是，这项研究正在风起云涌地进行着！
3.过去的实验。
生物质生产系统（BPS）：
环球BPS环境掌握子系统为植物供应了一个成长环境，研究微重力对小麦光合浸染和新陈代谢的影响。这项实验从2001年12月持续到2002年6月，目的是调查再素性命坚持系统是否可以被纳入未来的月球和火星任务中。
这项历时73天的实验统共收成了8次，结果表明微重力对植物成长并不是一个主要的压力源。然而，国际空间站上成长的未成熟种子与地面上成长的种子之间的比较表明，微重力可能会影响植物的口味和营养代价。
拟南芥根系特性（CARA）：
在2014年3月至2014年9月期间进行的这项新的拟南芥根系吸引特性（CARA）实验，在分子和遗传水平上研究了在微重力条件下影响植物根系成长的机制（以及它们在没有光的情形下会如何变革）。
这项实验包括将一组幼苗暴露在阳光下，同时将另一组幼苗置于阴郁中，并检讨每种环境如何影响根的成长模式。结果表明，微重力对植物成长激素以及调节细胞大小和形状的基因都有一定的影响，而这些基因影响根的成长。
重力感知系统：
在地球上，植物对光和重力做出反应来勾引它们的根的方向。环球定位系统实验于2017年9月至2018年10月进行，调查了植物在微重力环境中如何感知重力和光芒。
这涉及将正常和突变的研究植物（泰尔水芹）置于国际空间站的欧洲模块化培养系统中，该系统包含一个用于仿照重力的离心机。这使得研究职员可以在阴郁中交替地让植物承受微重力和仿照重力（0.006微克到1微克）。
光合浸染实验和系统测试操作（PESTO）：
在2001年12月至2002年6月期间（与BPS一起）进行的环球光合浸染实验和系统测试与操作试验（PESTO）调查了微重力对矮秆小麦植株的影响。
与地球上成长的样品比较，国际空间站上的小麦植株成长得大10%，而叶片成长速率相似。实验还创造，微重力改变了叶片发育、植物细胞和叶绿体（进行光合浸染的细胞构造），但对植物无害。
国际植物通用生物处置装置实验室（PGBA）：
国际植物通用生物处理装置实验室（PGBA）从2002年6月到2002年12月，研究了微重力对植物细胞壁的一个主要部分（木质素）的影响。它由一个独立的植物成长室组成，供应温度、湿度、养分运送和光芒掌握。
实验创造植物物质不能正常发育，并确认须要在植物成长室内加强空气质量调节。从中吸取的履历教训为未来所有植物成长实验改进了太空翱翔植物室设计。
4.当前的实验。
由于靠近地球与其前辈的举动步伐和微重力环境，国际空间站（ISS）能够容纳多项实验。除了研究太空旅行对人类的影响外，还在进行多项植物实验。这些实验包括：
高等植物栖息地：
美国APA于2017年4月开始在国际空间站上运行（并将持续到2021年9月1日）。这是一个全自动闭环系统，旨在进行植物生物科学研究，该系统由美国宇航局和美国轨道技能公司（ORBITECH）共同开拓，由美国宇航局肯尼迪航天中央（KSC）管理。
该系统采取了一系列LED灯和一个环境掌握的成长室，配备了180多个传感器。这使得APA可以在最佳光照条件下栽莳植物，同时将实时信息（植物和土壤的温度、氧气含量、二氧化碳含量和水分含量）反馈给KSC的团队。
阿列夫零号（AlephZero）:
2019年，总部位于以色列的阿列夫农场公司（AlephFarm）（与俄罗斯公司3DBiopprint Solutions互助）造就了太空中的第一块肉。利用直接从牛细胞打印肉类的工艺，该公司在国际空间站上生产了少量牛肉。
为了在这一成功的根本上不屈不挠，该公司在2020年10月下旬宣告了一项新操持，将在太空中大规模栽种肉类。该项目名为AlephZero，该公司正寻求与科技公司和太空机构建立计策互助伙伴关系。
美国生物实验室（Biolab）:
美国生物实验室（Biolab）的实验是作为欧空局哥伦布号模块的一部分交付给国际空间站的，该实验研究了失落重在有机体的各个层面上所起的浸染，从对单个细胞的影响到包括人类在内的繁芜有机体。
自2008年哥伦布号发射以来，Biolab利用配备离心机的培养箱仿照不同水平的重力，研究了微重力对小型植物、无脊椎动物、微生物、动物细胞和组织培养的影响。
太空中的土壤康健：
农业（空间土壤康健）实验研究了植物栽培和康健中另一个常常被忽略的方面——土壤和养分的聚拢，也被称为掌握环境下土壤稳定性的重力效应的测定。
该实验基于美国康奈尔大学农业与生命科学学院的约翰·摩根·艾伦斯博士（Dr.Morgan Irons）和约翰尼斯·莱曼博士（Dr.Johannes Lehamann）以及柏林自由大学的马蒂亚斯·里利格博士（Dr.Matthias Rilling）进行的科学研究。
资助由诺福克研究所、美国荣鼎科学有限任务公司、美国国家航空航天局、太空科学促进中央供应，资金来自深空生态有限任务公司、荣鼎科学公司、Ebio365和美国兹韦伦伯格-蒂茨基金会。
该实验由三种类型的土壤样本（纤维质的、富含有机物的和富含淤泥/粘土的）组成，分布在12个0.135盎司（4毫升）的小瓶中。这些样本由康奈尔大学（富含淤泥/粘土的样本）、BIO365（BIOALL，纤维样本）和里利格实验室的柏林土壤（富含沙子的有机样本）供应。
这些土壤样本被细分为两组，每组六份，被称为“自由浮动”和“限定移动”组。末了，这两组六份样本又被细分为两组，每组三份，分别按各自持水量的60%和30%浇水。
这项实验的目的是确定微重力对真菌和细菌成长和活动的影响，如果人类想要在地球以外的地方栽种食品，这是必不可少的。该实验的发明者、康奈尔大学土壤和作物科学博士研究生摩根·艾恩斯（MorganIrons）阐明说：
“活的土壤根际中的微生物有助于产生土壤团圆体，这是一种主要的土壤构造，支持农业植物得到成长所需的生物地球化学反应。太空土壤康健实验的剖析结果将增强我们对航天如何影响土壤微生物活动和空间农业系统的生物再生能力的理解。这些知识将使我们能够在未来的太空任务中提高在受控环境农业系统中栽种的粮食作物的效率和产量。”
美国素食生产系统：
美国素食生产系统（别号Veggie)自2013年3月以来一贯在国际空间站上运行，并支持各种旨在不雅观察植物如何感知和相应重力的实验。此外，部分作物常日由机组职员收成和食用，别的的则被带回地球进行进一步剖析。
在国际空间站上的所有植物实验中，蔬菜在生产量上霸占很大的地位，这使得以前由于大小限定而无法成长的更大的植物得以成长。其可调节的LED灯库还许可在须要临时光源的其他实验中利用。
到目前为止，国际空间站（Veggie-01到Veggie-04）上已经进行了四次重大实验。2018年2月，Veggie得到了增强，增加了蔬菜被动轨道养分运送系统（PODS），这是一个旨在微重力环境下高效运送水和养分的系统。
池塘单元的设计目的是减轻微重力对水分配的影响，增加氧气交流，并为根区成长供应足够的空间。这将许可栽种更多的农作物，包括更大的叶菜、水果作物，以及新型生菜和水田蔬菜。
5.其他实验。
并不是所有在太空中生产食品的实验都是在国际空间站上进行的。个中一些是在地球上完成的，或者是在某些更具异国情调的地方（比如月球）完成的。
嫦娥四号：
2019年1月，中国嫦娥四号任务成为第一个上岸月球背面的机器人月球探测器。除了一套科学仪器外，着陆器元件还搭载了由28所中国大学联合设计的月球微生态系统。
它由一个6.6磅（3公斤）的密封模块组成，里面装着土豆、番茄、拟南芥种子和蚕卵。这样做的目的是测试植物和昆虫是否能在微重力环境中共同成长。2019年1月15日，有称，棉籽、油菜籽、土豆种子已经萌芽，成为第一批在月球上萌芽的植物。
9天后，当溘然降温(由月球的夜晚引起)及生物圈未能保持温暖导致幼苗去世亡时，实验被终止。然而，这项实验是此类实验中的第一次，并供应了有代价的数据。
联合可再生空间有机食品生产卫星（EuCROPIS）：
2018年12月，德国联邦航空航天中央（DLR）将Euglena和联合可再生空间有机食品生产（EuCROPIS）卫星送入近地轨道。这项任务利用人类渗出物作为营养源，在仿照重力条件下测试植物成长。
这颗卫星被设计成能够旋转以仿照重力，个中包括两个配备了栽种西红柿的温室。EuCROPIS进行了两个实验，仿照了月球和火星引力（分别是地球重力的16.6%和38%），并研究了它们对植物成长的影响。
月球温室：
月球温室（LGH）于2009年投入利用，是一个水造就物成长室和技能示范。LGH是生物再素性命支持系统（BLSS）的一个例子，该系统旨在为地球以外的生活和事情供应一个闭环、可持续的生命支持系统。
除了为宇航员供应持续的食品供应外，它还为机组职员供应空气重复利用、水回收和废物回收。LGH是由亚利桑那州立大学受控环境农业中央（UA-CEAC）的研究职员在美国宇航局戈达德地球科学中央（GES）的支持下设计和建造的。
6.未来的实验。
目前有几个试验正在开拓过程中，或者已经完成等待发送到国际空间站。还有勉励性的竞赛以引发更多的实验、想法和策略。
BIOWYSE：
由挪威国家空间跨学科研究中央（CIRiS）开拓的用于空间探索的生物污染综合掌握湿式统将确保为宇航员供应可持续和可再生饮用水的不同方法。
这个集成系统的设计目的是储存淡水，监测其污染迹象，并用紫外线（而不是化学物质）对其进行净化。它还能够监测空间站或航天器内部各种湿润地区的细菌污染水平。
这是必要的，由于国际空间站上大约80%的水来自空中的水蒸气，以及回收的淋浴水和尿液。未来为生活在狮子座或外星天下而设计的栖息地将同样须要在闭合循环系统中网络水，以供饮用和灌溉。
目前，国际空间站依赖化学品来净化循环水，但从长远来看，这不太可能持续下去。一个能够感知空气中水蒸气和湿润表面污染的系统也将为机组职员的康健和安全带来好处。
伊甸园国际空间站（EdenISS）：
2015年5月，在南极洲建立起了一个实验温室举动步伐，以测试一种在太空中栽莳植物的新方法。它的名字是伊甸园国际空间站（EdenISS），这是一个由大约15家公司和研究机构（包括德国航空航天中央）于2015年启动的跨国项目，由欧盟的Horizon2020研究和创新操持供应资金。
该系统结合了前辈的养分运送、高性能LED照明、生物检测和净化技能，可在有限的空间内栽种多栽种物。除了验证这种类型的系统可以在国际空间站上运行外，伊甸园国际空间站还打算在地球上运用，为南极Neumayer站III的越冬事情职员供应新鲜农产品。
环球轨道生物自动舱（OBAM）：
2020年2月，俄罗斯托木斯克理工大学和他们在俄罗斯中部的互助伙伴宣告创建一个轨道温室的原型系统——被称为环球轨道生物自动舱。这种装置将许可植物在太空中成长和造就，而只需最少的人工监督。
OBAM将加速植物成长的智能照明与专门的水培、自动化灌溉和机器人收成相结合。初期研究职员还在为国际空间站开拓放大版的原型，它将是圆柱形的，包含大约320英平方尺（30平方米）的栽种面积。
韶光尺度：
这项为期三年的操持由来自六个欧洲国家的八家研究机构组成的财团开拓（资金由欧盟的Horizon2020操持供应）。该操持的缩写是在可伸缩的高等生命探索支持系统中开拓模块扮装备的技能和创新（TechnologyAnd Innovation For Development Of Modular Equipment In ScalableAdvanced Lifesupport Systems For Space Explorations）。
这项技能也是由CIRiS的研究职员开拓的，旨在为栽莳植物而循环利用水和养分。像它的前身一样，它依赖旋转的离心机来仿照月球和火星的重力，并丈量这对植物接管养分和水分的能力的影响。
第七，深空粮食寻衅赛。
NASA举办勉励性竞赛的传统由来已久，其目的是将特定寻衅的办理方案众包出去。鉴于粮食生产系统在未来几年将具有高度优先地位，美国国家航空航天局（与Methuselah基金会合作）和加拿大航天局（CSA）联合发起了环球深空粮食寻衅赛。
作为美国国家航空航天局第二个百年寻衅操持的一部分，这项比赛将为长期任务的食品生产技能或系统的开拓颁发现金褒奖。获奖作品将是那些能够供应安全、营养和开胃的食品，而这些食品须要的资源最少，产生的废物最少。
这项比赛于2021年1月宣告，将连续接管申请直到2021年7月30日。美国国家航空航天局将向美国公民提交的竞赛第一阶段获奖提案颁发高达50万美元的奖金。
加拿大航天局将为参赛的加拿大团队举办一场类似的平行竞赛活动，并从自己的奖金中颁发奖品。其他国家的参赛队也可以参赛，他们的建议将得到国际认可，但没有资格得到奖金。
根据呈现的技能，可能会有第二阶段，包括可能会紧随其后的厨房演示。格蕾丝·道格拉斯（GraceDouglas）是美国国家航空航天局约翰逊航天中央（JohnsonSpace Center）的前辈食品技能首席科学家，她这样阐明了比赛的目的：
“我们须要为我们的宇航员供应知足热量和营养哀求的食品，但我们想要更进一步。食品系统的多样性、可接管性和营养含量有可能超越仅仅坚持人体的范畴，促进生理和生理康健。”
第八，为了太空，更为了地球。
除了培养在太空和其他天体上栽种粮食的创新想法外，这项研究还旨在创造更可持续的食品实践供海内利用。在不久的将来，环球人口估量将超过100亿，这将与干旱、极度景象、沿海和要地本地大水以及环境毁坏程度的加剧不谋而合。
简而言之，我们的人口将不断膨胀，而我们赖以生存和谋生的系统将处于危险之中。为了欢迎这一寻衅，人类须要找到一种方法，以一种可持续的办法养活更多的人而不会增加我们对自然环境的影响。
正如摩根·艾恩斯（MorganIrons）总结的那样，他是DSE的联合创始人兼首席科学官，也是美国国家科学基金会（NSF）、美国卡尔·萨根研究所（CarlSagan Institute）和诺福克研究所的研究员：
“土壤康健与农业康健有着千丝万缕的联系，对付生产营养食品、促进地球和太空中的环境和人类康健至关主要。无论我们是在月球、火星还是其他行星上，当地的土壤或风土层都是一种宝贵的原地资源，既可以进行加工，也可以用来发展适应极度环境生活的有弹性温柔应性的栖息地，比如准封闭的农业生态系统。”
成为一个“多行星物种”（正如埃隆·马斯克所说）不仅仅意味着要学会在其他星球上生活。这也意味着找到更好、更可持续的办法在地球上生活，直到无限的未来。虽然有一天我们可能会冒险在宇宙的其他地方扎根，但正如我们所知，地球永久是生命的摇篮。
如果说太空之旅教会了我们什么，那便是像地球这样的行星是多么罕有和宝贵，我们不应该想当然地认为这是天经地义的。它还见告我们，我们要殖民太空的唯一办法是理解我们的行星环境，并欣赏它授予生命、坚持生命的系统。
BY:interestingengineering
FY:罗导
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