想要在太空享用新鲜食物吗？NASA 将目光投向 LED

太空中的植物，这听起来有些不靠谱，但美国国家航天航空局 (NASA) 和宇航员们却将此视为一个严肃的课题。虽然著名的宇航员脱水“管装食品”还要陪伴我们一段时间，但与上世纪 60 年代宇航员登陆月球时的食物已然不同，前者是经过改良的版本，非常注重营养（图 1）。我希望它的味道也不错，因为它很可能是太空中的主要营养来源，即使在预期的 2030 年代火星之旅中可能也是如此。不过到那时，肯定会有很多改进和可能的替代方案。

图 1：虽然自上世纪 60 年代以来，传统的宇航员脱水“管装食品”已有改进，但使用 LED 在太空种植新鲜蔬菜方面的研究也有望取得成功。（图片来源：NASA）

为了一睹太空食品的未来，我专程参观了位于佛罗里达州 NASA 肯尼迪航天中心的“VEGGIE”实验室，了解宇宙美食的最新进展。在那里，我受到了 NASA VEGGIE 计划的生命科学项目科学家 Gioia Massa 博士的欢迎，该计划是一个在国际空间站 (ISS) 种植蔬菜的项目（图 2）。

图 2：NASA 在肯尼迪航天中心 (KSC) 实施了一个由 Gioia Massa 博士（右）主导的“VEGGIE”计划。该计划是一个在国际空间站种植蔬菜的长期计划。（图片来源：Loretta Taranovich）

为什么以及如何在太空种植蔬菜

正如我提到的那样，宇航员目前仍在食用管装食品。但是，他们可能很快就会迎来鲜制生菜片这类新鲜、熟悉的食物了。这很重要：曾经有宇航员对我说，这类新鲜食物对他们来说不啻为小小的奢侈品，可以给他们带来熟悉的色香味，极大地改善他们的饮食体验。

为了在太空种植新鲜蔬菜，NASA 把目光投向了不起眼的 LED（图 3）。LED 在这种环境下非常有用，因为它们可以按有利于植物生长的光谱集中提供不同波长的能量。而且 LED 产生的热量很少，因此可以在狭小的空间内靠近蔬菜植物放置。

图 3：NASA 的研究已确定，LED 照明是让植物在太空旺盛生长的最佳光源。（图片来源：Loretta Taranovich）

尽管人造照明在地球上用于植物种植已经有一段时间了，但在太空种植植物却更具挑战性。在太空，必须装配“恰到好处”的人造照明和风扇来复制太阳和风。另外，可靠性和耐用性对于太空旅行而言至关重要，这使得 LED 成为火星之旅这类长途太空任务的理想选择。

不同 LED 波长的作用

特定波长的 LED 具有自身的优点：

红光（630 到 660 nm）：对于茎的生长以及叶子的扩展至关重要。此外，该波长还能调节开花、休眠期和种子发芽。

蓝光（400 到 520 nm）：它需要与其他光谱中的光谨慎混合，因为过度暴露于该波长的光可能会妨碍某些植物种的生长。蓝色范围的光还会影响植物中存在的叶绿素含量以及叶片厚度。

绿光（500 到 600 nm）：一度被认为对植物而言不是必需的，但最近的研究表明，该波长可以穿透较厚的顶部冠层支持下面的叶子生长。

远红外光（720 到 740 nm）：它也能穿过茂密的上部冠层，以支持下面的植物生长。此外，暴露于红外光可减少植物开花所需的时间。远红外光的另一个好处是，相比未暴露于该光谱的植物，暴露于该波长的植物更容易长出更大的叶片。

NASA 的科学家还发现，在 LED 阵列中纳入白光 LED 灯，可确保室内种植的植物接收到所需的全部光合活性辐射，以优化在太空中的健康、生长和产量。

OSRAM 已经与 NASA 紧密合作，将在太空种植植物的概念付诸实施。它的 Phytofy LED 照明系统是一个独特、可调节的 LED 园艺照明系统，其光照范围涵盖紫外光到远红外光，并且对每个单独的通道都具有实时控制和调度功能（图 4）。该系统经过校准，旨在为园艺研究提供具有不同光谱、波长和强度的光照处理。Phytofy 是研究和开发植物特定光方案的理想选择。灯光可通过图形用户界面进行控制。该系统可帮助 NASA 针对太空微调其 LED 的特性，使其具有最佳 LED 光照颜色、持续时间和强度，最大限度促进植物健康生长。

图 4：OSRAM 正在与 NASA 携手合作，使用其 Phytofy 系统来确定植物生长所需的最佳 LED 颜色、持续时间和强度。（图片来源：NASA）

尽管 NASA 的研究大多是在地球上进行的，但 LED 已发送到 ISS 进行最终测试。商用级 LED 最终可通过鉴定，供众多公司在太空使用。

太空灌溉

植物当然需要水。为此，每种植物种子均放在单独的“根垫”或“枕头”中，并单独施水（图 5）。每个枕头内部都有硅藻土，这是一种固态生长基质，经证明最适合在太空种植植物。此外，还有一个泡沫垫，用于帮助保持硅藻土的生根培养基，以及防止根茎意外长入 LED 灯中。

图 5：Massa 博士为植物搭建了供水系统。（图片来源：Loretta Taranovich）

在整个生长周期中都需要监测水和生长高度，然后收获蔬菜并开始另一个生长周期。

总结

太空是最佳时代下的艰苦环境，因此下一代宇航员在远离地球探险时肯定会高度赞赏 NASA 为改善这一环境所做的任何努力。随着与 OSRAM 等公司合作，NASA 的植物科学家似乎能够在太空种植植物。这在总体方案中似乎是一件小事，但它将为最终的勇敢探险者提供亟需的营养、风味和家园感。

就个人而言，我已经迫不及待地想看到太空食品的下一步发展。它会是比萨吗？