如果我們打算派遣人員執(zhí)行任務到深空地點，那么我們需要提出解決方案以保持人員的供應。對于定期接收來自地球的補給飛行任務的國際空間站(ISS)上的宇航員來說，這不是問題。但是對于前往火星等地的任務而言，自給自足才是游戲的名稱。

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

即使可以在短短六個小時內(nèi)(從發(fā)射到補給艙與太空站對接的時間)為國際空間站提供補給，但宇航員仍在軌道上依靠保護措施。實際上，國際空間站上大約80%的水來自呼吸和汗水產(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)過化學處理以確保飲用安全。

食物是另一回事。NASA估計，每位國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”。

簡而言之，國際空間站依靠昂貴的補給任務提供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，太空船到達火星需要八個月的時間，這是完全不切實際的。

因此，毫不奇怪，擬議的月球和火星飛行任務架構包括原地資源利用(ISRU)，宇航員將在其中利用當?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，前往深空地點的任務在運輸過程中將沒有此選擇。

為了提供可持續(xù)的水供應，Emmanouil Detsis博士和他的同事正在開發(fā)太空探索濕系統(tǒng)生物污染綜合控制系統(tǒng)(BIOWYSE)。該項目的開始是對長時間儲存??淡水，實時監(jiān)控淡水是否有污染跡象，用紫外線(而不是化學物質)進行凈化并根據(jù)需要分配淡水的方法進行調查。

藝術家對Biolab的印象。一種旨在支持對微生物，小植物和小無脊椎動物進行生物學實驗的設施。信用：ESA – D. Ducros

結果是一臺可以執(zhí)行所有這些任務的自動化機器。正如Detsis博士解釋的那樣：“我們需要一個系統(tǒng)，從水到存儲，再到可供他人飲用，這意味著您將水存儲起來，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……當有人要喝水時，請按下按鈕。這就像一個水冷卻器。”

除了監(jiān)視存儲的水，BIOWYSE機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，因為在諸如航天器和空間站之類的封閉系統(tǒng)中會積聚濕氣，這會導致水積聚在不干凈的區(qū)域。一旦將這些水回收，就必須對系統(tǒng)中存儲的所有水進行凈化處理。

Detsis博士補充說：“該系統(tǒng)的設計考慮了未來的棲息地。” “因此，在未來數(shù)十年內(nèi)，繞月球的空間站或在火星上的野外實驗室將成為可能。在這些地方，乘員抵達之前，水可能已經(jīng)呆了一段時間。”

用于太空探索的可擴展高級生命支持系統(tǒng)(TIME SCALE)項目中模塊化設備開發(fā)的技術和創(chuàng)新旨在為植物生長而循環(huán)利用水和養(yǎng)分。該項目由挪威空間跨學科研究中心(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)沒有什么不同，后者分別于2006年和2018年被發(fā)送到國際空間站，以在太空中進行生物實驗。喬斯特博士和她的同事們從這些系統(tǒng)中汲取了靈感，設計了一個“太空溫室”，可以種植植物并監(jiān)測其健康。正如她所說：“我們(需要)最先進的技術來種植食物，以便將來進行月球和火星的太空探索。我們以(ECMS)為起點來定義概念和技術，以了解有關種植農(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原型依靠旋轉離心機來模擬月球和火星重力，并測量其對植物吸收養(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，并采用更先進的傳感器技術來監(jiān)測植物的健康和生長。

當涉及在月球，火星上以及為了進行深空飛行任務而建立人類存在時，此類技術至關重要。在未來的幾年中，美國宇航局計劃與期待已久的阿耳emi彌斯計劃一起重返月球，這將是創(chuàng)建他們所設想的“可持續(xù)月球探測計劃”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設施(阿耳emi彌斯大本營)。同樣，當NASA開始對火星進行載人飛行任務時，任務架構要求有軌道棲息地(“火星大本營”)，并可能在其后表面形成一個軌道。

在所有情況下，前哨基地都必須相對自給自足，因為補給任務將無法在數(shù)小時內(nèi)到達。Detsis博士解釋說：“這不會像國際空間站那樣。您將不會一直有固定的工作人員。在一段時間內(nèi)，實驗室可能會空蕩蕩，直到下一個班次到來之前，才會有工作人員。三個或四個月(或更長時間)。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)定供應的技術，以及可以以可持續(xù)方式種植植物的技術，將使前哨基地和深空任務能夠實現(xiàn)一定程度的自給自足，并減少對地球的依賴。