欧洲航天局推出了一项在太空种植和生产食物的新计划,该计划将取消补给任务。
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HOBI-WAN 项目是一项在失重环境下进行食品生产测试的项目,在国际空间站上开展了为期八个月的研究。

欧洲航天局(ESA)希望通过这项技术利用细菌制造蛋白质粉,从而减少对月球和火星宇航员的补给。

这项工作的领导方是欧洲航天局 (ESA),安吉莉克·范·奥姆伯根 (Angelique Van Ombergen) 担任首席探索科学家,研究太空飞行条件对人体的影响,重点是保持宇航员的健康和自主性。

资金通过 Terrae Novae 计划进行分配,该计划旨在持续探索近地轨道以外的区域。

取消补给任务

长期任务会暴露出一个基本限制,因为随着宇航员远离地球,食物和水的量会迅速增加。

任务可能会面临发射延误和补给失败的情况,因此规划人员会寻找能够自我补充的食品系统。

船员自制的食物还可以减少储存需求和食物腐败,这在每一立方英寸都至关重要的情况下。

这项研究的核心是 Solein,这是一种由芬兰 Solar Foods 公司生产的富含蛋白质的粉末,它不使用农作物或牲畜。

索林是由黄杆菌发酵产生的,因此细菌在以氢气、氧气和二氧化碳为食的同时积累生物质。

这个过程避开了农田和阳光,这对于远离地球的栖息地来说非常重要。

HOBI-WAN 和细菌

该方法依靠氢氧化细菌(一种通过氢气与氧气反应获得能量的细菌)来培养可食用细胞。

生物反应器是一种密封容器,用于保持微生物温暖和混合,其中盛放营养液和细菌培养物。

气体发酵是指微生物利用气体而不是糖进行生长,将二氧化碳转化为宇航员食物的生物质。

在微重力(接近失重)环境下运行,会改变流体的行为,从而带来挑战,因为气泡不会像正常情况下那样上升。

浮力,也就是使气泡上升的向上推力,在轨道上消失了,所以工程师需要强制混合和小心排气。

微重力还可以改变微生物的定居位置,这会影响氧气输送并增加聚集现象。

氢、氧和氮

在狭小空间内处理氢气和氧气会增加安全风险,因为意外混合可能会产生爆炸性气体。

Solar Foods高级副总裁 Arttu Luukanen 表示:“燃气安全也非常重要。”

OHB (OHB) 系统和 Solar Foods 正在设计一种可以将气体注入液体而不让液滴逸出的滤芯。

该系统不使用氨,而是使用尿素(一种来自人体代谢的富含氮的废物化学物质)来帮助细菌合成氨基酸。

尿素在培养基中分解成可利用的氮,因此细胞在复制基因和分裂时可以组装蛋白质。

太空乘组人员已经对尿液和空气化学成分进行监测,因此该设计可以与废物处理系统无缝连接。

HOBI-WAN 可以放进储物柜

所有硬件均按照国际空间站中层甲板储物柜的标准尺寸制造,内部装有孵化器和控制电子设备。

传感器监测温度、气体流动和生长信号,因为微小的波动都会改变每天形成的细胞数量。

宇航员将从三个不同的实验中提取样本,然后将这些材料储存起来以备日后分析。

工作从地面科学模型开始,工程师们在正常重力下测试水泵、传感器和生长控制。

OHB 的下一个环节是飞行硬件,因为空间系统必须能够自主运行,并且在激活前能够承受振动、辐射和长期存储。

之后的一次国际空间站飞行将检验在宇航员进行采样过程中,细菌是否会继续繁殖。

关闭生命维持回路

呼吸产生的二氧化碳和生命维持系统产生的氧气可以为系统提供能量,使分子能够更长时间地发挥作用。

美国国家航空航天局的国际空间站系统已经通过回收尿液和冷凝水进行再利用来回收水资源。

食物反应器可以增加另一个碳汇,因为微生物会将二氧化碳锁定到新的细胞物质中。

蛋白质是主要目标,但船员们也需要热量、维生素和多样化的膳食才能保持健康。

太空饮食研究表明,压力会导致食欲下降,因此,能够融入熟悉食谱的食物可能有助于坚持下去。

医疗团队还会追踪营养状况,因为长期任务需要稳定的新陈代谢和消化才能保证日常工作的安全。

HOBI-WAN的重要性

成功将为任务规划者提供一种新的蛋白质来源,该来源可根据机组人员规模和任务时长进行调整。

OHB 制造国际空间站有效载荷硬件已有二十余年,这些经验为认证工作提供了支持。

可靠的机载蛋白质可以释放货舱空间,用于装载科学设备、备用零件和屏蔽材料。

该系统的经验教训或许也能指导地球上利用更少的土地和淡水生产微生物蛋白的技术。

分析估计,太阳能驱动的微生物蛋白单位土地面积的蛋白质产量比太阳能驱动的微生物蛋白高出 10 倍以上。

OHB 项目经理 Jürgen Kempf 表示:“我们在这里获得的见解也有助于解决地球上的全球性挑战。”

成功取决于飞行硬件能否安静运行数月,且无泄漏或管道堵塞。 

更长时间的任务就需要更大的反应堆、船员愿意定期食用的食物,以及能够长期保持可靠的能源系统。

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