远程宇航员不可能把全部生活必需品都带上。但是可以设法把宇宙飞船变成一个自持的生态系统。

管理生命维持系统的工程师搜索他的电脑监控器就会高兴起来。两个月到3年的研究火星的飞行任务正在顺利地进行。马铃薯和大豆的生长也按时间表进行。他借照明设备慢慢调整氧的供给量，然后下至厨房。晚餐用的馅饼——由豆粉、豆酪、番茄酱以及具有某种结构的植物蛋白的“香肠”制得。这虽然不是他吃过的最好食物，但却远胜于3年来的干冻食物。

数十年来，科幻小说作者曾设想，远程宇宙航行将依靠自持的生态系统来生产宇航员所需的食物和氧。现在，这一设想正更趋于实现。去年7月，由得克萨斯豪斯顿约翰逊宇航中心的D · 亨尼日尔领导的研究组，把一个英国化学家装入一个10平方米的密封舱中，舱中有微波炉、电话机、电脑和盒式录像机等，以及一些读物和10. 8平方米的正在生长中的小麦，一周后化学家出舱，健康情况良好。他依靠通过气塞给他的食物和水以及作物产生的氧而活了下来——他甚至还做了些其他工作。

亨尼日尔是美国、欧洲、日本和俄罗斯研究宇航自持生态系统的一群正在崛起中的科学家之一。“我们正在做的是模仿地球形成生命维持系统的方法”，美国国家航空和航天管理局新型生命维持系统规划负责人M · 阿弗纳说。“然而我们是在尝试在太空环境的极大限制条件下来模仿。试图在一个汽车大小的空间里模仿大自然的行为……”。

即使按目前航空航天局缩减的标准看，阿弗纳的1000万美元年度预算也是很少的。但他确信宇宙航行的未来将依赖生物自持生态系统。经济账再简单不过，把半需品升举出地心引力范围，费用异常昂贵，而航程愈远，负担愈重。“平均转效点”约为两年，阿弗纳说， 对于远程宇航来说，在飞船上设置自持生态系统，较之发射全部所需补给品要经济。完成这一任务得数十年以上。但阿弗纳确信这一天总会到来。“必须探索，只要不断地探索，迟早会割断供应联系缆”，他说。

平衡诀窍

但要使之实现，却谈何容易。地球上复杂的生态系统是在数十亿年间逐渐形成的。它之所以运作良好，在某种程度上是由于有现成的、庞大的大气库、水库和碳库来缓和系统中出现的局部扰动。

将借输入总量经精确鉴定的能量——外层空间稀罕之物，对生态系统加以控制，保持误差极小的储备。“人们突然感到，要求有很高的效率”，加利福尼亚莫菲特菲尔德美国国家航空和航天局埃姆斯研究中心的航天技术部资深科学家R · 麦凯尔罗伊说。“因为使用的‘通货’是通过系统的能量”。但是供应多少能量？在何处供应？答案将取决于在微重力条件下作物和人的生理学的精确信息，还需要高级的电脑控制系统确保在合适的位置和时间输入能量。

研究工作者仍然先借固有的有利条件开始，供应给某人的生物总量，证明恰与补给所需的氧和反复利用的、他自己产生的二氧化碳的总量大抵相等。自持生态系统必须为每个宇航员携带20平方米左右持续生长的作物。

可是，这些作物决不能像在土壤里生长那样低效、上个月，约翰逊航天中心的明及其研究组宣布，他们研制了一种土壤替代品，它包含饱和的氮和钾、称作沸石的普通矿物颗粒以及特殊合成的、含有作物其他必需养分的另一种矿物——磷灰石。这种土壤替代品的作用像极小的定期释放的药丸一样，它含有足够用上若干年的养分。

研究工作者面临的主要技术问题是给作物提供足够的光线，远程宇航多半由太阳电池板供电，点燃成组的电灯。然而，阿弗纳指出，把太阳能转变为电能的效率极低。或许可研制一种光纤系统，把太阳光直接虹吸到作物上去。

施以脉冲

比利时的欧洲宇航局的农业专家R · 比诺特认为，使用脉冲电照明或许能解决问题。他的研究组正在用产生每秒数百次脉动的高频光的发光二极管进行试验，以求光子每次碰到作物时，叶绿素均能随时加以处理。“目的就是把合适的能量适时提供给作物”，比诺特说。对他的试验作物Chorella pyronoidosa（系一种小球藻——译注）来说，证明频率为2千赫到12千赫之间的5毫秒闪光为最佳。

那么，远程太空飞行准备用什么作物呢？为求尽量简易，研究工作者正在研究少量基本的食料作物——业经详细研究的食谱常用品。马铃薯、番茄、大豆、小麦、甜菜、莴苣、洋葱和草莓均属研究之列，另一个强劲的竞争者是可以食用的、称作螺旋藻的蓝绿藻。螺旋藻在盛水容器中很易生长，它是可靠的热源，而不占很多空间，因此比诺特一直在对它进行试验。他认为螺旋藻可以为每个宇航员提供高达20%的能量需求，但多半必须加工成可口的食品。对所有这些作物的生理学作用进行详尽的分析，将是一项艰巨的任务。“无不认为这不过是轻而易举的事”，新泽西州拉特格斯大学由航空航天局提供资金的生物再生生命维持系统项目负责人H · 简斯说。“他们说‘不就是番茄吗？我能培植’”。但要开始认真来培育番茄时，就不是那么简单了，没有多少人认识其中的甘苦，航空航天局即为其中之一”。简斯指出，要取得创造一个成功的生物生命维持系统所需的很多信息，实在并非易事，因为一向对此没有什么需求。

简斯认为，已有不少研究能说明适宜所有作物生长的最佳条件。“但是，如在作物发芽两个月后，在五天内把温度提高5度，意味着作物的生长将怎样呢？”他问道。“显然，这跟发芽后一天，把温度提高5度的影响不会一样。我们希望能模拟所发生的变化”。一俟地面实验室的研究完成，还需要再考虑微重力的影响。

毫无疑问，作物能在太空中良好生长。但它们能否满足宇航员成年累月的饮食需要呢？特地繁殖和遗传学操纵的作物将能提供微量营养素的正确平衡——设想总是能够研究出来。研究工作者推测，人们成年停留在太空中，可能会改变饮食需要，但还没有人了解其究竟。今年晚些时候，研究工作者将在拉特格斯大学的一个会议上就营养与宇宙航行问题作发言，他们将会考虑到，诸如如何同骨骼失钙作斗争，以及宇航员是否可借食用大量类胡萝卜素——如存在于番茄和胡萝卜等作物中的黄色和红色色素来保护自己，免受宇宙射线的致癌作用。

果真如此的话，未来宇航员的食物看上去将肯定是富于色彩的。但会不会也将是没有什么刺激昧的、单调的、无休止的烤马铃薯和炖番茄，接着又是草莓呢？为避免出现这种情况，拉特格斯大学的食品专家T，C · 李正在尝试研究宇航员可以不费力地把有限的原料加工成各种各样的饭菜的方法。他想象能够创造一种“魔盒”，一端加入原料，另一端即吐出可以食用的食物。他正在用压出机一一一一种集研磨、捣烂、蒸煮并使食物具有某种结构等功能于一身的设备进行试验。这种设备广泛用于工业，尤其是用于加工快餐食品。

李的实验室有很多容器，装着看上去像爆米花，而实际上是加工过的马铃薯、米、玉米和其他作物。到目前为止，其研究结果极为平常，但他的计划却不乏雄心。李想制成的设备，在输入大豆时即可制得油、豆粉、豆酪以至可用作饭菜代用品的，具有某种结构的蛋白质。他设想的设备将自动把番茄制成番茄羹，把小麦磨成粉并烤出面包来——这样，宇航员可以腾出时间来，在氧的补给的监控等重要方面取得成功。

为保持平衡，要在宇宙飞船储备的大气中排出或补加二氧化碳和氧。也可用一些物理的和化学的过程来消除波动，研究工作者想象能研究出把二氧化碳直接转变为氧和把氧直接转变为二氧化碳的方法，但他们还没有开始就该问题进行研究。空气还必须进行清洗以防毒索的积聚。例如，作物会产生乙烯，制造宇宙飞船用的塑料和粘结剂会释放出各种化学气体等。当建立第一个国际空间站（1998年开始工作）时，将采用传统的技术，以活性炭除去这些有毒物质。

专用的净化装置

可是，最终可用含有许多不同种微生物（每种微生物专用于分解一种特定的毒物）的膜片对大气进行去毒。比诺特正在研究含有黄色自养菌（莱茵河沉积物中发现的一种微生物）的实验性生物滤器，它能把氯化乙烯——涂料、塑料和树脂释放出来的有毒有机溶剂转化为二氧化碳、水和氯离子，这种滤器在地面工作性能良好，现正准备在米尔空间站进行试验。

采用城市污水处理厂同样的技术，不同的微生物—嫌氧细菌的混合物多半可用于净化废水。尿有可能回收 :分离出尿素并将之转化为硝酸盐，得到的硝酸盐又可用作作物的肥料。固体垃圾，主要是植物性材料和粪便，可于500*C左右焚化，产生可重复利用的二氧化碳和水。烟尘则必须让其在燃烧室进行沉降，研究工作者希望研制一种生物装置能吸收掉剰余的灰烬。

设计自持生态系统的设计师可能为意外事件作好安排。他们还可能加装一些其他安全装置。例如，装进不同品种的同一类作物，可提高抗病能力，把园艺室加以隔离以防止病害传播，存在这么多问题，生物生命维持系统究竟能否产生呢？这只有通过真实体系的试验来作出回答。在约翰逊航天中心，亨尼日尔研究组正在设计一系列愈来愈显雄心的实验性密封舱。他们在去年夏天取得成功以后，接着将设计可维持4个人一个月生活的第二个密封舱，借助于一些高技术设备使空气和水反复循环。亨尼日尔希望，到2005年能够制造出可连续维持一个轮班的宇航员数月生活的、完全自持的密封舱。

[New Scientist，1996年4月13日]