如果我們打算派遣人員執(zhí)行任務(wù)到深空地點(diǎn)，那么我們需要提出解決方案以保持人員的供應(yīng)。對(duì)于定期接收來(lái)自地球的補(bǔ)給飛行任務(wù)的國(guó)際空間站(ISS)上的宇航員來(lái)說(shuō)，這不是問(wèn)題。但是對(duì)于前往火星等地的任務(wù)而言，自給自足才是游戲的名稱。

這是由挪威空間跨學(xué)科研究中心(CIRiS)正在開(kāi)發(fā)的BIOWYSE和TIME SCALE等項(xiàng)目背后的想法。這兩個(gè)系統(tǒng)都是關(guān)于提供宇航員飲用的可持續(xù)和可再生供應(yīng)水和植物性食物。通過(guò)這樣做，它們滿足了執(zhí)行長(zhǎng)期任務(wù)的人類最重要的兩個(gè)需求，這將使他們遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)。

即使可以在短短六個(gè)小時(shí)內(nèi)(從發(fā)射到補(bǔ)給艙與太空站對(duì)接的時(shí)間)為國(guó)際空間站提供補(bǔ)給，但宇航員仍在軌道上依靠保護(hù)措施。實(shí)際上，國(guó)際空間站上大約80%的水來(lái)自呼吸和汗水產(chǎn)生的空氣中的水蒸氣，以及再循環(huán)的淋浴水和尿液-所有這些都經(jīng)過(guò)化學(xué)處理以確保飲用安全。

食物是另一回事。NASA估計(jì)，每位國(guó)際空間站上的宇航員每餐將消耗0.83千克(1.83磅磅)的食物，相當(dāng)于每天大約2.5千克(5.5磅)的食物。每頓飯僅用包裝材料制成約0.12千克(0.27磅)，這意味著一位宇航員每天將產(chǎn)生近一磅的廢物-這甚至不包括飲食中產(chǎn)生的另一種“廢物”。

簡(jiǎn)而言之，國(guó)際空間站依靠昂貴的補(bǔ)給任務(wù)提供20%的水和所有食物。但是，如果宇航員在月球和火星上建立前哨站，這可能不是一種選擇。雖然可以在三天內(nèi)完成向月球的補(bǔ)給，但定期這樣做的需求將使送出食物和水的成本高昂。同時(shí)，太空船到達(dá)火星需要八個(gè)月的時(shí)間，這是完全不切實(shí)際的。

因此，毫不奇怪，擬議的月球和火星飛行任務(wù)架構(gòu)包括原地資源利用(ISRU)，宇航員將在其中利用當(dāng)?shù)刭Y源以盡可能地自給自足。月球和火星表面的冰是一個(gè)典型的例子，它將被收集以提供飲用水和灌溉用水。但是，前往深空地點(diǎn)的任務(wù)在運(yùn)輸過(guò)程中將沒(méi)有此選擇。

為了提供可持續(xù)的水供應(yīng)，Emmanouil Detsis博士和他的同事正在開(kāi)發(fā)太空探索濕系統(tǒng)生物污染綜合控制系統(tǒng)(BIOWYSE)。該項(xiàng)目的開(kāi)始是對(duì)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存??淡水，實(shí)時(shí)監(jiān)控淡水是否有污染跡象，用紫外線(而不是化學(xué)物質(zhì))進(jìn)行凈化并根據(jù)需要分配淡水的方法進(jìn)行調(diào)查。

藝術(shù)家對(duì)Biolab的印象。一種旨在支持對(duì)微生物，小植物和小無(wú)脊椎動(dòng)物進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)施。信用：ESA – D. Ducros

結(jié)果是一臺(tái)可以執(zhí)行所有這些任務(wù)的自動(dòng)化機(jī)器。正如Detsis博士解釋的那樣：“我們需要一個(gè)系統(tǒng)，從水到存儲(chǔ)，再到可供他人飲用，這意味著您將水存儲(chǔ)起來(lái)，能夠監(jiān)控生物污染，如果需要的話，可以消毒，最后送到杯子里喝……當(dāng)有人要喝水時(shí)，請(qǐng)按下按鈕。這就像一個(gè)水冷卻器。”

除了監(jiān)視存儲(chǔ)的水，BIOWYSE機(jī)器還能夠分析航天器內(nèi)部的濕表面是否有污染跡象。這很重要，因?yàn)樵谥T如航天器和空間站之類的封閉系統(tǒng)中會(huì)積聚濕氣，這會(huì)導(dǎo)致水積聚在不干凈的區(qū)域。一旦將這些水回收，就必須對(duì)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的所有水進(jìn)行凈化處理。

Detsis博士補(bǔ)充說(shuō)：“該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了未來(lái)的棲息地。” “因此，在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)，繞月球的空間站或在火星上的野外實(shí)驗(yàn)室將成為可能。在這些地方，乘員抵達(dá)之前，水可能已經(jīng)呆了一段時(shí)間。”

用于太空探索的可擴(kuò)展高級(jí)生命支持系統(tǒng)(TIME SCALE)項(xiàng)目中模塊化設(shè)備開(kāi)發(fā)的技術(shù)和創(chuàng)新旨在為植物生長(zhǎng)而循環(huán)利用水和養(yǎng)分。該項(xiàng)目由挪威空間跨學(xué)科研究中心(CIRiS)的Ann-Iren Kittang Jost博士監(jiān)督。

該系統(tǒng)與歐洲模塊化栽培系統(tǒng)(EMCS)或Biolab系統(tǒng)沒(méi)有什么不同，后者分別于2006年和2018年被發(fā)送到國(guó)際空間站，以在太空中進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)。喬斯特博士和她的同事們從這些系統(tǒng)中汲取了靈感，設(shè)計(jì)了一個(gè)“太空溫室”，可以種植植物并監(jiān)測(cè)其健康。正如她所說(shuō)：“我們(需要)最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)種植食物，以便將來(lái)進(jìn)行月球和火星的太空探索。我們以(ECMS)為起點(diǎn)來(lái)定義概念和技術(shù)，以了解有關(guān)種植農(nóng)作物和植物的更多信息。微重力作用下的植物。”

在TPU自主溫室中種植的植物。信用：TPU

像其前身Biolab和ECMS一樣，TIME SCALE原型依靠旋轉(zhuǎn)離心機(jī)來(lái)模擬月球和火星重力，并測(cè)量其對(duì)植物吸收養(yǎng)分和水分的影響。該系統(tǒng)在地球上也可能有用，它可以使溫室再利用養(yǎng)分和水，并采用更先進(jìn)的傳感器技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)植物的健康和生長(zhǎng)。

當(dāng)涉及在月球，火星上以及為了進(jìn)行深空飛行任務(wù)而建立人類存在時(shí)，此類技術(shù)至關(guān)重要。在未來(lái)的幾年中，美國(guó)宇航局計(jì)劃與期待已久的阿耳emi彌斯計(jì)劃一起重返月球，這將是創(chuàng)建他們所設(shè)想的“可持續(xù)月球探測(cè)計(jì)劃”的第一步。

這種愿景的大部分取決于建立軌道棲息地(月球通道)以及支持持久人類生存所需的地面基礎(chǔ)設(shè)施(阿耳emi彌斯大本營(yíng))。同樣，當(dāng)NASA開(kāi)始對(duì)火星進(jìn)行載人飛行任務(wù)時(shí)，任務(wù)架構(gòu)要求有軌道棲息地(“火星大本營(yíng)”)，并可能在其后表面形成一個(gè)軌道。

在所有情況下，前哨基地都必須相對(duì)自給自足，因?yàn)檠a(bǔ)給任務(wù)將無(wú)法在數(shù)小時(shí)內(nèi)到達(dá)。Detsis博士解釋說(shuō)：“這不會(huì)像國(guó)際空間站那樣。您將不會(huì)一直有固定的工作人員。在一段時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室可能會(huì)空蕩蕩，直到下一個(gè)班次到來(lái)之前，才會(huì)有工作人員。三個(gè)或四個(gè)月(或更長(zhǎng)時(shí)間)。水和其他資源將在那里停留，并可能積聚微生物。”

可以確保飲用水安全，清潔和穩(wěn)定供應(yīng)的技術(shù)，以及可以以可持續(xù)方式種植植物的技術(shù)，將使前哨基地和深空任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的自給自足，并減少對(duì)地球的依賴。