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太空LED植物工廠 專家看好其航天應用前景

太空LED植物工廠 專家看好其航天應用前景

上月,搭乘2名中國航天員景海鵬和陳冬的神舟十一號載人飛船返回艙,在內蒙古四子王旗主著陸場區順利著陸。

   景海鵬和陳冬此次在天宮二號空間實驗室工作生活了30天,在太空停留33天,創造了中國航天員太空駐留時間的新紀錄。在這一個多月的時間里,航天員們進行了多項實驗,還創造了不少“第一次”,其中包括首次在太空人工栽培蔬菜。

 每天至少花10分鐘來照料生菜

   天宮中的宇航員,此次上天有一項“種菜”的任務。景海鵬和陳冬將在30天的時間里,栽培生菜這一生活中十分常見的蔬菜。

   中國航天員科研訓練中心環控生保研究室副研究員王隆基介紹:“選擇栽培生菜有以下幾個原因:一是生菜的生長周期是一個月,這一次在軌時間恰好是30天;二是生菜在地面上的種植技術比較成熟;三是生菜可食用,在后續的在軌實驗中可以作為食材;四是生菜是比較常見的植物,有利于進行科普宣傳。”

1111日這天,景海鵬和陳冬主要做了一些常規照料工作,包括檢測栽培基質的含水率、養分含量,燈光照射以及用注射器往基質推入空氣。他們會利用一個儀器檢測含水率,如果顯示指數低,就說明需要給生菜澆水了。注入空氣是為了讓生菜的根部呼吸到新鮮空氣,有利于植物的成長。景海鵬在日記中寫道:“我們就像是太空的‘農民’,每天至少都要花10分鐘的時間來照料生菜。”

  另外,在太空種生菜使用的基質和地面的土壤不同,太空中用的是蛭石。王隆基說,蛭石是一種礦物質,它的吸水性非常好,水分在其中傳導非常均勻;另外它密度小質量輕,便于攜帶上天。

   植物栽培從宇航員進入組合體的第二天就已開始,他們首先需要安裝栽培裝置,就像搭積木一樣,把裝置的各個部件組裝成一個白色箱體。王隆基介紹:“白色裝置的固件是3D打印的,都是尼龍性材料,比較輕便,白色和綠色形成了一個鮮明的對比,視覺效果也很好。”

   接著就是澆水、播種、鋪保鮮膜等工作。在進入組合體的第五天早上,種子發芽了。景海鵬在日記中寫道:“當時我和陳冬兄弟都非常高興,第一時間把這個好消息告訴了地面工作人員。我們拍了很多照片,還跟生菜芽合影留念。”

   種子發芽后,航天員會把安裝在白色裝置頂端的燈打開,給生菜提供光照。燈光是由紅、藍、綠三種顏色組合而成的,主要偏紅色。王隆基說,生菜對紅光吸收效率非常高,在紅光照射下生長得很好;采用綠光是因為它照射到生菜葉上,視覺效果非常好;藍光則是對植物形態舒展具有較強作用。

  生菜進入成長期后,在光照的作用下,就開始變綠了。景海鵬寫道:“到今天為止,在我們親手照料下的生菜,已經長得很好了。我們看著它們一天天成長,很有滿足感。”

   “下周二,是我們在軌種植蔬菜的最后一天,到時候我們會進行植物采樣,把生菜的葉子和根莖剪掉,放到低溫儲蓄裝置中,再把它們帶回。”景海鵬寫道。

  王隆基說:“這次是我國首次在太空人工栽培蔬菜,暫時不讓航天員食用。我們要把植物采樣帶回來,進行生物安全性檢測。只有檢測合格后,我們才會在下次實驗中考慮讓航天員食用栽培的蔬菜。在軌植物栽培技術,是未來長期太空載人活動、深空探測等必不可少的一項技術,將來我們還會做其他物種的大面積栽培實驗,通過幾輪實驗,逐步掌握植物在太空生長的規律,便于以后在空間站種植種類更多、面積更大的植物。”

 植物工廠對航天事業意義重大

   “現在飛船、近地軌道空間站等生命保障系統是基于攜帶式、物理化學式系統,無法支撐今后長時間遠距離載人深空探測的生命保障需求,要支持這樣的任務必須有一個新的生命保障系統,我們叫做生物再生生命保障系統。”北京航空航天大學環境生物學與生命保障技術研究所所長、月宮一號總設計師劉紅教授介紹。

   據了解,生物再生生命保障系統是由植物、動物、微生物組成一個人工生態系統,人所需要的氧氣、水和食物可在這里循環再生。

   “這樣一個生態系統里最核心的單元就是植物栽培單元——也就是太空植物工廠。”劉紅說,因此植物工廠在今后載人深空探測中會有非常大的應用前景。

   除此之外,長期的載人飛船以及近距離軌道空間站,使得航天員長時間遠離地球的綠色生存環境,會對航天員的心理造成很大的壓力,情緒也會受到影響,從而影響工作效率。

   “如果在空間站能有一個植物的栽培空間,不僅讓航天員能夠看到綠色,而且還可提供一些綠葉蔬菜,對舒緩航天員心理也是有非常大價值的。”劉紅表示,綠葉蔬菜的長期保存對其品質是會有影響的,尤其是對口感的影響明顯,所以植物工廠對于航天事業來說意義重大。

 

 

5年內,中國植物工廠規模將是日本的10

  我國植物工廠相比于歐、美、日等發達國家,起步較晚,但我國植物工廠建設發展速度是前所未有的。日本千葉大學古在豐樹教授預言:“植物工廠的前景在中國,5年內,中國植物工廠的規模將是日本的10倍。”

    “我國人口多,耕地少,人均資源相對不足。同時,人們對潔凈安全農產品的需求越來越迫切。在這種形勢下,當下發展植物工廠非常有必要。”楊其長說。植物工廠是目前全球農業高技術研究的熱點,因其融合了現代生物技術、智能裝備與信息技術等新科技,也是彰顯一個國家農業高技術水平的重要標志。楊其長認為,未來植物工廠有望顛覆傳統的農作方式,代表了農業發展的方向,掌握植物工廠核心關鍵技術具有戰略意義。

 

 

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