美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的雷·惠勒博士與電影《火星救援》中的馬克·沃特尼有個(gè)共同之處——他們都是植物學(xué)家。但僅限于此，因?yàn)槲痔啬崾莻€(gè)滯留在火星上的電影角色，而惠勒則是現(xiàn)實(shí)中肯尼迪太空中心領(lǐng)導(dǎo)“探索性研究與技術(shù)項(xiàng)目”高級(jí)生命支撐技術(shù)課題組的植物生理學(xué)家。

　　惠勒說：“有關(guān)火星的電影和書籍傳遞出種植食物所涉及的生存問題。”NASA一直在準(zhǔn)備太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭和獵戶座飛船進(jìn)行未來的“探索使命-1”，同時(shí)，其注意力也轉(zhuǎn)向探討在可控環(huán)境下種植作物的可能性，當(dāng)然，這種可控環(huán)境包括一直以來的深空探測(cè)目標(biāo)——火星在內(nèi)。

　　惠勒和他的植物學(xué)家同事一直在研究如何在地球之外安全、有效地種植新鮮農(nóng)作物。最近，國(guó)際空間站的宇航員收獲并食用的太空生菜就是來自于他們的Veggie植物生長(zhǎng)系統(tǒng)。

　　惠勒從1988年就在肯尼迪太空中心工作，是幫助測(cè)試Veggie系統(tǒng)并驗(yàn)證其有效性的工作團(tuán)隊(duì)成員之一。由NASA小企業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃支持的“種植室”（Plant chamber）研究，通過了安全審查，滿足了在太空中的低能耗和低質(zhì)量要求。

　　然而，除了植物室，在地外星球種植農(nóng)作物所需的元素還包括水、光線和土壤，以及幫助其生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)素等。

　　土豆是種植首選

　　什么農(nóng)作物可以種植在太空中或者其他星球上？惠勒的觀點(diǎn)是，土豆、紅薯、小麥和大豆都是很好的選擇，因?yàn)樗鼈兲峁┝舜罅康奶妓衔铮蠖惯€是很好的蛋白質(zhì)來源。

　　拿土豆來說，它是塊莖植物，這意味著可以在地下存儲(chǔ)?；堇照f，土豆在獲得等量陽光的時(shí)候，能夠產(chǎn)出兩倍于其他作物的食物產(chǎn)量。

　　目前，一種“后沙拉作物”正在研究中，它們是可以生吃的微加工食物類別?；堇照f：“你可以將種植的土豆、小麥和大豆之類的食品配上這種沙拉作物，就可以提供一頓完整的飲食?！?/p>

　　“提供食物是個(gè)很復(fù)雜的命題?！被堇照f，“我們必須考慮營(yíng)養(yǎng)問題，哪些可以接受以及哪些品嘗起來口感很好。如果沒有人愿意吃，就毫無意義了。”

　　惠勒花了很長(zhǎng)時(shí)間研究種植土豆的不同方法，很多研究在上世紀(jì)80年代后已經(jīng)應(yīng)用于佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地。惠勒的實(shí)驗(yàn)室于2003年遷往“太空生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，其中很重要的部分也于2014年遷往“太空站處理設(shè)施”，并成為肯尼迪探索研究與技術(shù)項(xiàng)目局的組成部分。

　　惠勒早期的土豆植物研究很多都在威斯康星大學(xué)完成?？夏岬系闹参飳W(xué)家利用這些基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)作為研究起點(diǎn)，其生產(chǎn)“諾蘭紅皮土豆”時(shí)借助了一個(gè)大型種植室。

　　水是寶貴的資源

　　在電影里，宇航員選擇使用風(fēng)化層或者火星土壤來種植農(nóng)作物。而在現(xiàn)實(shí)中，火星土壤基本是破碎的巖石，缺乏維持農(nóng)作物生長(zhǎng)的大部分養(yǎng)分。

　　惠勒在土豆研究中做出眾多努力，包括利用循環(huán)水在較淺的傾斜托盤中種植農(nóng)作物?！皩?duì)于土豆而言，它們不喜歡被淹沒在水中的生長(zhǎng)要求看起來很有趣，為此我們只需要保持供給很薄一層的營(yíng)養(yǎng)水膜即可。”

　　根據(jù)惠勒的描述，他們的方法非常有效，推而廣之還可以應(yīng)用在很多其他作物上。但是航天器旅行到另一個(gè)星球上，可能會(huì)在質(zhì)量和重量上有所限制——你無法將所有所需都打包帶上，一些資源需要回收和重復(fù)利用。

　　肯尼迪探索研究與技術(shù)項(xiàng)目高級(jí)工程師鮑勃·穆勒說：“最近發(fā)現(xiàn)的火星水是一個(gè)重大進(jìn)展。火星水或能被用于動(dòng)力推進(jìn)劑、維持人類生命和植物生長(zhǎng)等方面?！钡瑫r(shí)，穆勒也指出，這種水并不純凈，含有很多其他成分，高氯酸鹽和其他雜質(zhì)必須在使用前被清除或過濾掉才行。

　　惠勒說，在深空中旅行的一種情景，是宇航員帶著水泵和肥料在受到保護(hù)的環(huán)境下栽種作物，而火星土壤要等到相應(yīng)的系統(tǒng)得到擴(kuò)展后才能被利用。

　　穆勒說：“畢竟在火星上種植不是一件小事。”

　　植物生長(zhǎng)需光線

　　在地球上，光線是很充足的，但是到了外太空，作物生長(zhǎng)利用直射的太陽光恐怕是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外，在太空中快速生長(zhǎng)的農(nóng)作物也需要大量的陽光。

　　2007年，科羅拉多大學(xué)的研究生對(duì)火星表面的光線密度進(jìn)行了圖譜繪制。結(jié)果顯示，這顆紅色星球接收到的太陽光只相當(dāng)于地球的43%，但在低緯度地區(qū)還是能夠接收到足夠種植農(nóng)作物的陽光。

　　惠勒說：“火星有大量的沙塵暴，阻礙了大部分的光線，這一點(diǎn)必須考慮進(jìn)去，尤其是在考慮利用光伏發(fā)電系統(tǒng)的時(shí)候?！?/p>

　　這也是卡西尼號(hào)、伽利略號(hào)和新視野號(hào)等深空探測(cè)器和太空船不適用光伏發(fā)電系統(tǒng)的原因。正如電影中所展現(xiàn)的那樣，他們利用放射性熱發(fā)電機(jī)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)化為電能。

　　惠勒介紹說：“一個(gè)備用方法是利用電光源。高強(qiáng)度的高效LED燈可能幫助推進(jìn)作物種植，這也是最近NASA研究和發(fā)展的新領(lǐng)域?！?/p>

　　太空站上使用的蔬菜植物生長(zhǎng)系統(tǒng)Veggie就是利用了藍(lán)光和紅光LED。惠勒說，利用LED光線助作物生長(zhǎng)的主意來自上世紀(jì)80年代威斯康星大學(xué)的研究。這項(xiàng)技術(shù)獲得了NASA的資金支持，也獲得了專利保護(hù)。

　　肯尼迪航天中心的植物學(xué)家還第一次使用了垂直農(nóng)場(chǎng)，用水資源和LED光給植物托盤分層?，F(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)在日本、韓國(guó)和中國(guó)以及北美洲的農(nóng)業(yè)中都有應(yīng)用。

　　輻射防護(hù)很必要

　　找到合適的土壤、水源和光線，植物并非就此安枕無憂，紫外線輻射也構(gòu)成了威脅。植物生長(zhǎng)外層遮蔽空間必須能夠承受火星環(huán)境下的輻射和極端溫度的考驗(yàn)。

　　“對(duì)于溫室結(jié)構(gòu)房屋來說，建筑材料是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?！被堇瞻凳?，散熱問題必須得到解決，這種結(jié)構(gòu)需要晚上緊閉而白天可以打開。

　　核電在上世紀(jì)70年代興起的時(shí)候，對(duì)于生物組織包括植物在內(nèi)的潛在輻射效應(yīng)就引起了研究人員的興趣。植物能夠吸收的輻射很有限，農(nóng)作物能夠承受多少輻射還需要更多的研究支持。

　　回收機(jī)制好處多

　　在太空中或者其他星球上種植作物，除了提供食物以外，還有其他好處。植物可以提供氧氣并清除空氣中的二氧化碳。

　　惠勒提醒，如果使用方式正確，它們還可以幫助處理廢水。聽起來很奇怪，利用廢水甚至尿液，還可以為植物提供養(yǎng)分。在空間站，美國(guó)宇航員利用環(huán)境控制和生命支持系統(tǒng)回收廢水及尿液。

　　《火星救援》電影中在火星上種植土豆的想法并非空穴來風(fēng)，大量研究表明了其可行性。人們希望，在未來的幾十年中，火星種植能獲得蓬勃發(fā)展，以解決人類目前飛往火星面臨的真正挑戰(zhàn)。