三十多年前,和平号空间站上是怎样种菜的?

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最近，航天员汤洪波在空间站中品味蔬菜的视频你刷到了吗？本篇，带大家看看三十多年前和平号空间站上种菜用的空间温室。

世界上第一个功能完整的空间植物培育设施，设计者不是来自美国，不是来自苏联或者俄罗斯，也不是来自西欧发达国家或日本，而是来自东欧小国保加利亚。1983年至1991年，苏联和保加利亚在“宇宙间”计划框架内进行了合作，研制SVET设备。

SVET空间温室什么样？

SVET空间温室有1000平方厘米的种植面积，可容纳40株成熟植物。植物室由荧光灯照明，有两个宽窗户（前面的窗户是透明的），供工作人员播种、观察和取样。根模块分为两个相等的部分，并填充一种富含矿物盐的天然沸石，以维持几个连续的作物周期。这是保加利亚的原始技术。此模块可更换，安装在导轨上，就像抽屉一样。通过传感器、阀门和水泵将基质水分精确控制在理想水平，并向根部区域供应必要的氧气。



SVET的外观

控制器从芽区和根区收集环境数据，并使用灯、通风机、泵和压缩机实现自动控制。1990年6月16日，苏联航天员亚历山大·巴兰德和安纳托利·索洛维约夫对白顶红萝卜和大白菜进行了第一次为期54天的长期植物实验，称为“温室1”。



SVET的组成

当新鲜植物样本返回地球进行调查时，它们发育良好，这是人类第一次在微重力条件下种植萝卜根作物，但它们的体积只有地面上对照组的三分之一。在空间和地球条件下生长的植物的生物量差异很大（4~8倍），表明空间植物遭遇了严重的水分和养分不足，植物根系介质中的最佳空气和水分含量之间的平衡受到干扰。



SVET里生长的植物

无论如何，第一次实验取得了无可争议的成功，证明了保加利亚空间研究设备和生物技术的效率。但是这次试验的尾声正值苏联解体，后续试验停滞了5年。

太空中第一次从种子到种子

美国宇航局对和平号空间站的兴趣挽救了SVET。1993年，美国副总统戈尔和俄罗斯总理维克托·切尔诺梅尔金签署了一项协议，利用“和平号”上可用的硬件设施进行联合空间研究。1994年4月，美、俄、保加利亚在莫斯科签署了一项协议，以便在1995年至1997年期间在“和平号”上用SVET进行长期实验。基本的生物学任务是在美国航天员的参与下，实现完整的小麦种子到种子生命周期，通过多次航天飞机和俄罗斯货运任务来运送设备和样本。保加利亚继续负责研制第二代改良的SVET-2空间温室。



和平号空间站上的SVET系统



和平号空间站

和美国航天飞机的合作飞行

使STVE实验得以长期进行

根据协议，美国犹他州立大学空间动力学实验室开发了美国气体交换测量系统（GEMS），用于加强环境监测。GEMS于1995年添加到在轨的SVET空间温室中。

新的SVET-2在植物上方放置两个单独的透明袋，一个袋位于封闭植物室体积的两个根模块部分上，以便进行局部气体交换和叶片环境测量，GEMS提供了四个红外高精度气体分析仪，测量进入和离开每个袋的空气中的绝对二氧化碳和水蒸气水平及其差异，以及被测气体的绝对压力和压差。这些是评估植物的光合作用、呼吸和蒸腾所必需的。同时还需测量舱内压力和氧气水平。用笔记本电脑将所有环境数据收集在一个磁盘上，并在任务结束时将这些数据带到地球。

SVET系统为每个根模块部分设置一个基板湿度传感器，足以测量和控制基板湿度水平。GEMS还带有16个基板湿度传感器（每个模块8个），以监测整个基板体积中的水分分布。

1995年至1997年，在SVET-GEMS复合体中进行了一系列长期植物试验。1995年，作为和平号空间站-航天飞机计划的一部分，首次尝试在该复合体中种植超矮秆小麦。

在为期90天的实验中，“温室2a”的弱光强度和其他技术问题严重干扰了小麦植株的遗传循环。1996年，保加利亚科学家开发了一种新的改良设备，发射到“和平号”上。新的照明单元的灯光强度是2.5倍，其他所有单元都运行良好。



航天员路西德观察SVET中小麦长势

超级矮秆小麦实验“温室2b”于1996年在新的SVET-2-GEMS复合体中重复进行。温室2b实验分为123天和42天两个阶段进行。在第一阶段，目标是在完整的种子到种子生命周期中种植小麦。虽然生长区发育了297个外观完美的小麦穗，但所有的穗都是不育的，在花粉发育阶段发育停止。地面研究证明，在“和平号”舱内空气中，1~2ppm的乙烯可诱导小麦植株雄性不育。

在第二个试验阶段种植了新的小麦种子，安装了叶袋，并首次使用GEMS设备成功进行了为期12天的蒸腾和光合作用测量。GEMS证明，在太空中可以进行开放式气体交换测量。绿色植物被冷冻后返回地球进行生化分析。

1997年，在SVET-2-GEMS设备上进行的“温室3”种子播种试验中，使用了一种生命周期很短的芥菜属植物——芸苔属油菜。

1997年6月25日，“和平号”与进步号补给飞船相撞，导致SVET-2空间温室断电，温度降低，大气压力和组成发生变化。美国航天员迈克尔·福勒通过电线将核心舱的电能传输至SVET，挽救了实验，保证了太空中第一个种子-种子全生育周期的成功。第一次太空种子（在太空中产生）再次播种发芽，培育出一株正常的植物。



和平号空间站

在天上种小麦

科学家们的奋斗目标是种植小麦种子。美国犹他州立大学的科学家布鲁斯·巴格比建议使用另一种小麦品种“远地点”，因为它能抵抗高乙烯浓度。

小麦植物实验在1998~1999年继续进行。“温室4”和“温室5”实验由俄罗斯航天员进行。在“温室4”实验中，12颗“远地点”共产生了508颗种子。采集了干物质样品，大部分种子返回地球。

在“温室5”实验中，种植了10颗太空生产的种子，其中一颗产生了第二代太空种子。这两次实验期间产生的所有种子都是正常的。它们在地球上种植后发芽，长出了健康的绿色植物。

SVET-2“温室6”的最后一次实验于2000年5月至6月进行。四种不同品种的莴苣作物（芸苔属）的种子由和平号空间站的最后一批航天员种植并正常生长。选择这些植物是因为它们的植被周期较短。每种植物的样本都被带回了地球。而其余的则由航天员谢尔盖·扎利奥廷和亚历山大·卡勒里愉快地品尝，评估植物产品的风味质量。



航天员谢尔盖·扎利奥廷（左）

和亚历山大·卡勒里

本文原标题为《“和平号”上的保加利亚温室》，载于《太空探索》杂志2022年第11期。

文/松堂

编辑/杨斯爽

审核/穆檀

监制/姜军

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