甚至在我们到达月球之前，人类就一直在制定将人送往火星的计划，而近年来，这个梦想看起来更接近于成为现实。NASA 计划在 2030 年代在这颗红色星球上穿上靴子，而 Elon Musk 的 SpaceX 计划甚至更快到达那里。
困难不仅在于将宇航员送上火星，还在于他们到达火星后如何维持他们的生活;你不能简单地在它的土壤里种土豆——尽管马特达蒙想让你相信电影“火星救援”。
火星的大气层比地球稀薄 100 倍，日照量只有地球的一半，没有已知的可用淡水，平均温度为 -81 华氏度，火星是人类有史以来计划生产食物的最具挑战性的环境。
一家名为 Interstellar Lab 的初创公司认为它可能有解决方案。这家总部位于巴黎和洛杉矶的公司设计了一种可控环境胶囊系统，有朝一日可以在太空中种植农作物。
“多行星物种”
“星际实验室是在地球气候危机的背景下追寻孩子的梦想，”首席执行官芭芭拉·贝尔维西 (Barbara Belvisi) 说。“在我最小的时候，我梦想成为一个多行星物种，生活在其他行星的穹顶下，被植物包围。”
在 2018 年启动星际实验室之前，Belvisi 与 NASA AMES Space Portal 的工程师一起工作了一年。其营养闭环生态单元系统或“NUCLEUS”是一种模块化结构，由九个立方体胶囊组成，旨在为四个人提供营养饮食两年任务期间的宇航员。Belvisi 说它能够生产新鲜的微型蔬菜、蔬菜、蘑菇，甚至是可食用的昆虫。
“最初的重点是建立一个可再生的粮食生产系统，以推进地球上的可持续农业发展，”Belvisi 说。“但我问，‘如果我们在太空中生活所需的技术能够帮助我们在地球上更可持续地生活，会怎样?’” 这就是地球和太空先进受控环境模块概念的诞生方式。”
2021 年，该设计成为美国宇航局深空食品挑战赛第一阶段的获胜者之一，今年 1 月，美国宇航局宣布 NUCLEUS 进入 11 个第二阶段决赛。
NUCLEUS 现在正搬到佛罗里达州卡纳维拉尔角的一个实验室参加挑战赛的最后阶段，获胜者将于 4 月宣布。
星际实验室的营养闭环生态单元系统。
恶劣环境下的农业
在 NUCLEUS 胶囊立方体内部，植物在垂直作物系统中生长，许多科学家认为这种方法是火星农业的最佳选择。
垂直农业是一种在受控环境中无土栽培作物的方法，将富含营养的水直接输送到植物的根部。与传统的户外农业相比，它可以使用更少的水和肥料，并且通过不断循环水，它产生的浪费很少。
在世界上最大的垂直农场 迪拜的 Emirates Crop One 设施中可以找到使用这种方法的大规模示例。据 Crop One 称，其迪拜农场占地 330,000 平方英尺的垂直种植空间，每年生产 100 万公斤（超过 200 万磅）的农作物，包括羽衣甘蓝、菠菜和芝麻菜。
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Crop One 的首席科学官 Deane Falcone 说，这些原理基本上可以应用于任何恶劣的环境。
“这种室内种植的基本优势之一是我们可以把它放在迪拜，我们可以把它放在极端寒冷的地方——基本上是任何地方，”法尔科内解释道。除了水和人造光，“它不依赖于资源。”
根据 Falcone 的说法，如果要在火星上使用垂直农场，可以从行星表面以下的冰盖中提取水，而可以通过镜子系统放大自然阳光或使用太阳能和风能。
法尔科内认为，在完全密封和受控的环境中进行垂直农业是“火星农业的唯一选择”，尽管一些科学家正在研究直接在火星土壤中种植植物。通过垂直农业，“你可以控制白天的时间，你对植物的行为有很大的影响，”他说。“你可以简单地通过改变光照时间来促进开花。”
这个位于迪拜的 Crop One 设施是世界上最大的垂直农场。
Falcone 指出，在没有重力的情况下，例如在预期的9 个月火星之旅中，最常见的垂直农业形式，水培法（在水中生长）是行不通的。“地球上所有的大型农场都依赖重力，”他解释道。“我们在流动的水盘中生长，（并且）水在重力作用下保持在盘中。”
这是国际空间站上遇到的一个问题，那里已经使用人造光种植农作物。种子被种植在密封室内的营养丰富的基质中，这些基质中散布着肥料颗粒。为了应对重力不足，宇航员必须煞费苦心地向个别植物的根部浇水——这种系统在养活全体宇航员所需的规模下是不可行的。
Falcone 提出了一种替代方法，称为气培法，它会使用雾将水输送到包含的根部。
一旦到达火星表面，并在火星重力的影响下，就可以使用水培垂直农场系统，将其安置在像星际实验室的 NUCLEUS 这样的环境中。
但 Falcone 预测将需要更大的空间。“这个系统必须是你可以日复一日地依赖它来提供食物的东西，”他说。“它也可以定制为输送可呼吸的空气，因为那里生长的植物会产生氧气。你必须有一个相当大规模的系统才能连续输出食物和氧气等其他产品。”
“唯一的选择”
可以在这些系统中种植并提供给火星定居者的食物在“火星上的晚餐:为红色星球提供食物并改变地球农业的技术”一书中被想象出来，Lenore Newman 是食品和农业研究所所长弗雷泽河谷大学的 Evan Fraser 和加拿大圭尔夫大学 Arrell 食品研究所所长 Evan Fraser。
“在火星上维持生命的关键是一个极其密集、闭环、高效的食物系统，”纽曼说。
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弗雷泽说，通过使用 LED 灯和核反应堆作为能源，“在火星环境中几乎一切皆有可能。”
“在火星上，你必须关闭循环。你必须密切关注你从系统中丢失或放入系统中的任何东西，”弗雷泽说。“这是一个很好的思维练习，提醒我们如果我们真的加倍努力，我们可以在地球上做什么。”
弗雷泽相信这种技术可以帮助我们更有效地利用地球上的资源，并减少碳排放。
“垂直农业在减少劳动力、水和土地成本等成本方面做得非常出色。他们正在实现每平方英亩、每小时工人和每升水的巨大生产力，”弗雷泽说。
当被问及他们是否认为垂直农业是维持火星生命的好选择时，纽曼和弗雷泽一致回答:“这是唯一的选择。”
