在太空种植蔬菜面临哪些挑战？
近地轨道空间环境的特点是微重力。 “电梯坠落的那一刻，已经接近微重力状态了。” “月宫一号”总设计师、北京航空航天大学教授刘宏表示，“太空微重力环境对植物栽培技术影响很大，植物生长所需的条件有光、温度、水、空气、肥料，并为太空中的植物提供水是一个巨大的挑战。”
供水技术是空间微重力环境下培育植物的一项非常关键的技术。在太空微重力环境下，水和空气无法自动分离。植物必须依靠外力才能与周围环境进行正常的物质交换。另外，空间站受微重力影响，水滴会粘附在传感器上，导致传感器发生故障。很明显基材已脱水，但传感器仍可能显示有足够的水。刘宏说，给空间站浇水，首先将水全部抽出，然后将空气和水分离，最后将水泵入基质中，这整套循环操作定期进行。 “这意味着，植物孵化器的种植面积虽然不大，但配套的水泵、阀门、管道等配件却是一套庞大的设备。”
至于“土壤”，科学家们也进行了大量的研究。从研究结果来看，利用人造基质进行栽培是太空植物栽培的主要方法，水的运动主要依靠基质颗粒的毛细管力。栽培基质的选择从早期的离子交换树脂、固化琼脂，到后来的岩棉、蛭石、蒙脱石、P土、人工烧结陶粒等，围绕这些基质材料，发展出了多种太空植物。该培养水及养分供应系统适用于不同类型的空间植物培养装置，用于空间植物的培养。
我国已选用蛭石作为栽培基质。蛭石是一种吸水性非常好的矿物质。水在其中传导非常均匀，受重力影响很小。可根据需要向其中注入水、养分和空气，保证植物健康生长。而且蛭石密度低、重量轻，很容易携带进入太空。
蛭石是天宫二号“种菜”所用的基质。来源：中国载人航天
植物栽培过程中产生的各种废物（如根、枯枝叶、废基质等）的处理也成为科研人员需要解决的问题。目前，用于太空植物栽培的栽培基质大多为细颗粒状。尽管采取了特殊的防护措施，但在植物栽培过程中，颗粒状基质难免会脱落、漂浮，给宇航员带来很大的麻烦。因此，科研人员基于废物处理和植物培养物再利用的相关研究，设计了一种可生物降解、可重复利用的植物培养基质。该矩阵以块状结构的形式存在，不会脱落碎片。 ，并具有良好的透气、保肥、导水性能。
植物生长也需要充足的光照。机舱内没有阳光。带入太空的植物栽培装置将利用人造光源为植物提供充足的光照。
我国首次在太空实现水稻全周期种植
2016年，中国航天员首次在太空“种菜”。中国航天员科研训练中心研制了空间植物栽培装置，并在天宫二号成功进行了生菜在轨栽培试验。这也是我国首次在太空人工种植蔬菜。然而，宇航员不被允许在轨道上吃它们。相反，植物样本被带回进行生物安全测试。
除2016年11月随神舟十一号返回地面的部分植物样本外，大部分植物样本仍留在天宫二号上。研究人员通过地面遥控成功控制了留在太空的培养箱的温度。浇水以开始拟南芥和水稻的生长。通过摄像头实时监控植物生长发育的全过程，观察到这两种植物的种子从发芽、生长、开花到在太空结籽的全过程。这是我国首次在太空完成“从种子到种子”全过程的太空植物栽培实验。
天宫二号空间实验室的微型培养箱中种植水稻和拟南芥。来源：国家航天局
2022年12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。随太空舱降落的中国空间站第三批空间科学实验样品也被运送到着陆点的空间应用系统，其中包括经过120天的太空培育和生长并完成了整个空间应用系统的水稻和拟南芥种子。发展过程。在这次空间科学实验中，我国在世界上第一个在轨道上完成了水稻从种子到种子的全生命周期培育并获得了水稻种子。
中国科学院分子植物科学卓越中心郑惠琼研究员正在处理从太空返回的水稻样品。新华社供图
随着科技的发展，太空种植装置也在不断升级。这次神舟十九号宇航员和神舟十八号宇航员在空间站相遇。航天员李光苏说，“我特意种了一批新的生菜，等大家一起品尝。”据了解，从神舟十六号飞船最初用于在太空种植水果和蔬菜的“太空菜园”装置，是一种新设计的第二代太空植物栽培装置。 “太空菜园”最大的特点是实现了轮流、多批次种植，为未来大规模太空种植奠定了基础。航天工作者目前正在研究新一代植物栽培技术，以减少浪费并提高水和养分的回收率。
研究人员还设计了一种模块化、简单的太空植物栽培装置，该装置采用开放式结构，摆脱了以前使用的“大型装置”形式。宇航员可以随时与植物亲密接触。植物生长所需的二氧化碳、温度、湿度、氧气等气体环境与舱内宇航员基本相同。植物种植操作简单，易于护理。宇航员还可以根据个人喜好将该设备放置在舱内任何有灯光的地方，为工作和生活环境增添一抹绿意。他们还可以呼吸植物释放的新鲜氧气，具有心理调节作用。
