如何使食物和水火星上的宇航员完成任务

如果我们打算派遣人员执行任务到深空地点，那么我们需要提出解决方案以保持人员的供应。对于定期接收来自地球的补给飞行任务的国际空间站(ISS)上的宇航员来说，这不是问题。但是对于前往火星等地的任务而言，自给自足才是游戏的名称。

这是由挪威空间跨学科研究中心(CIRiS)正在开发的BIOWYSE和TIME SCALE等项目背后的想法。这两个系统都是关于提供宇航员饮用的可持续和可再生供应水和植物性食物。通过这样做，它们满足了执行长期任务的人类最重要的两个需求，这将使他们远离家乡。

即使可以在短短六个小时内(从发射到补给舱与太空站对接的时间)为国际空间站提供补给，但宇航员仍在轨道上依靠保护措施。实际上，国际空间站上大约80%的水来自呼吸和汗水产生的空气中的水蒸气，以及再循环的淋浴水和尿液-所有这些都经过化学处理以确保饮用安全。

食物是另一回事。NASA估计，每位国际空间站上的宇航员每餐将消耗0.83千克(1.83磅磅)的食物，相当于每天大约2.5千克(5.5磅)的食物。每顿饭仅用包装材料制成约0.12千克(0.27磅)，这意味着一位宇航员每天将产生近一磅的废物-这甚至不包括饮食中产生的另一种“废物”。

简而言之，国际空间站依靠昂贵的补给任务提供20%的水和所有食物。但是，如果宇航员在月球和火星上建立前哨站，这可能不是一种选择。虽然可以在三天内完成向月球的补给，但定期这样做的需求将使送出食物和水的成本高昂。同时，太空船到达火星需要八个月的时间，这是完全不切实际的。

因此，毫不奇怪，拟议的月球和火星飞行任务架构包括原地资源利用(ISRU)，宇航员将在其中利用当地资源以尽可能地自给自足。月球和火星表面的冰是一个典型的例子，它将被收集以提供饮用水和灌溉用水。但是，前往深空地点的任务在运输过程中将没有此选择。

为了提供可持续的水供应，Emmanouil Detsis博士和他的同事正在开发太空探索湿系统生物污染综合控制系统(BIOWYSE)。该项目的开始是对长时间储存​​淡水，实时监控淡水是否有污染迹象，用紫外线(而不是化学物质)进行净化并根据需要分配淡水的方法进行调查。

艺术家对Biolab的印象。一种旨在支持对微生物，小植物和小无脊椎动物进行生物学实验的设施。信用：ESA – D. Ducros

结果是一台可以执行所有这些任务的自动化机器。正如Detsis博士解释的那样：“我们需要一个系统，从水到存储，再到可供他人饮用，这意味着您将水存储起来，能够监控生物污染，如果需要的话，可以消毒，最后送到杯子里喝……当有人要喝水时，请按下按钮。这就像一个水冷却器。”

除了监视存储的水，BIOWYSE机器还能够分析航天器内部的湿表面是否有污染迹象。这很重要，因为在诸如航天器和空间站之类的封闭系统中会积聚湿气，这会导致水积聚在不干净的区域。一旦将这些水回收，就必须对系统中存储的所有水进行净化处理。

Detsis博士补充说：“该系统的设计考虑了未来的栖息地。” “因此，在未来数十年内，绕月球的空间站或在火星上的野外实验室将成为可能。在这些地方，乘员抵达之前，水可能已经呆了一段时间。”

用于太空探索的可扩展高级生命支持系统(TIME SCALE)项目中模块化设备开发的技术和创新旨在为植物生长而循环利用水和养分。该项目由挪威空间跨学科研究中心(CIRiS)的Ann-Iren Kittang Jost博士监督。

该系统与欧洲模块化栽培系统(EMCS)或Biolab系统没有什么不同，后者分别于2006年和2018年被发送到国际空间站，以在太空中进行生物实验。乔斯特博士和她的同事们从这些系统中汲取了灵感，设计了一个“太空温室”，可以种植植物并监测其健康。正如她所说：“我们(需要)最先进的技术来种植食物，以便将来进行月球和火星的太空探索。我们以(ECMS)为起点来定义概念和技术，以了解有关种植农作物和植物的更多信息。微重力作用下的植物。”

在TPU自主温室中种植的植物。信用：TPU

像其前身Biolab和ECMS一样，TIME SCALE原型依靠旋转离心机来模拟月球和火星重力，并测量其对植物吸收养分和水分的影响。该系统在地球上也可能有用，它可以使温室再利用养分和水，并采用更先进的传感器技术来监测植物的健康和生长。

当涉及在月球，火星上以及为了进行深空飞行任务而建立人类存在时，此类技术至关重要。在未来的几年中，美国宇航局计划与期待已久的阿耳emi弥斯计划一起重返月球，这将是创建他们所设想的“可持续月球探测计划”的第一步。

这种愿景的大部分取决于建立轨道栖息地(月球通道)以及支持持久人类生存所需的地面基础设施(阿耳emi弥斯大本营)。同样，当NASA开始对火星进行载人飞行任务时，任务架构要求有轨道栖息地(“火星大本营”)，并可能在其后表面形成一个轨道。

在所有情况下，前哨基地都必须相对自给自足，因为补给任务将无法在数小时内到达。Detsis博士解释说：“这不会像国际空间站那样。您将不会一直有固定的工作人员。在一段时间内，实验室可能会空荡荡，直到下一个班次到来之前，才会有工作人员。三个或四个月(或更长时间)。水和其他资源将在那里停留，并可能积聚微生物。”

可以确保饮用水安全，清洁和稳定供应的技术，以及可以以可持续方式种植植物的技术，将使前哨基地和深空任务能够实现一定程度的自给自足，并减少对地球的依赖。

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