你如何在长达数千年的旅程中为宇航员提供食物

欧洲天文学家已经计算出为多代船提供给船员所需的船上空间数量 - 这是乘坐太阳以外的行星轨道运行的众多挑战之一。“凭借我们目前的技术，在不到几个世纪的旅行中到达系外行星是不可行的，”领导这项研究的法国斯特拉斯堡天文台的天文学家弗雷德里克·马林解释道。

甚至到达最近的系外行星 - Proxima Centauri b - 将需要大约6300年。

这远远超出了任何宇航员的生命周期，因此这种宇宙飞船必须是多代的。

“原来的人口会变老，死亡，”马林说，“让他们的后代继续旅行。”

马林和他的团队对人口如何在资源有限的太空环境中进化和生存感兴趣 - 特别是当旅程是单向的时候。

他们先前计算了初始船员的最小规模，以确保他们的后代到达另一端而没有遗传障碍。事实证明，只需要98名船员来确保6300年旅程的100%成功率。

但是你如何养活这些船员几千年?

干粮不是一种选择，因为它们会占用太多的空间，而且它们的维生素会随着时间的推移而恶化。国际空间站上的宇航员目前每天消耗大约1.8公斤的包装食品; 几个世纪以来，通过这种方式为船员提供数百万吨的货物。

最好和最明显的选择是种植作物并在船上饲养动物 - 基本上是经营农场。这不仅可以生产新鲜食物，还可以回收养分和粪便，产生氧气，并持续净化空气 - 使宇宙飞船成为一个封闭的生态系统。

太空农业系统已经在测试中。在拉达温室在国际空间站上已经在微重力被植物生长自2002年以来。

但宇宙飞船的空间有限，那么需要投入多少粮食呢?

Marin及其同事使用名为HERITAGE的数字代码来解决这个问题。他们估算了船员每年的热量摄入量，然后将其与现代农业技术设定的参数相结合，以预测所需空间的大小。

对于500人的杂食性食物，只需0.45平方公里就可以满足他们的需求。这假定水果，蔬菜，淀粉，糖和油将使用气孔技术生产，这使得植物能够在没有土壤的情况下生长，而传统的农业将生产肉类，鱼类，乳制品和蜂蜜。

马林说，这个规模与联合国粮食及农业组织的预测相当，联合国粮食及农业组织表示，每人半公顷的土地是可持续粮食安全所需的最低农业用地量，其中包括肉类。

“我们的结果超越了包括航空过程和考虑微重力的影响，”马林说。

加拿大圭尔夫大学受控环境系统研究设施的独立研究员Mike Dixon指出，以前的研究实际上已经提出了每人较少的土地需求。

他说，每个面积只有75平方米，“足以提供素食生活支持系统的所有功能，主要由食物需求驱动 - 水循环，二氧化碳生产和二氧化碳洗涤是人类生命支持需求的两倍以上植物材料”。

这项新研究计算出的较大需求可能是产生非植物性食物需求 - 迪克森说，“似乎有点过分”。

澳大利亚麦考瑞大学的合成生物学家Briardo Llorente没有参与这项研究，他指出，“在未来，我们很可能会开发作物和微生物食品，以完全取代动物性食品的生产。用食用植​​物和微生物代替“食用动物蛋白”确实是可以预见的。“

他还指出，目前正在开发越来越多的农作物。

“看到估计会考虑我们可以估计未来的作物将是多么有趣，”他说。

土地面积不是宇宙飞船粮食生产面临的唯一问题。以前已经证明植物在太空中生长得更慢。尽管可以模仿地球的光照，温度，湿度和二氧化碳，但重力和辐射难以控制，尚未得到广泛研究。

“在计划长途航行之前，似乎我们需要更多地了解植物和人类如何处理辐射损害，以及其他一些事情，例如微重力增长，”该工厂的科学家Rupesh Paudyel说。英国利兹大学也没有参与这项研究。

Paudyeul补充说：“我们还需要考虑植物在哪里获得氮和磷以及其他重要营养素。这些关键营养素对植物来说是必不可少的，而且它们无法修复它们。在深空旅行中，我们需要考虑如何保持它们的供应稳定，以使植物继续生长。“

这项新研究也未涉及对生命最重要的要求 - 水。食物可能很容易，但在宇宙飞船上创造可持续的水循环要复杂得多。这是Marin和他的团队希望将来解决的问题。

尽管如此，没有任何估计是完美的，马林和他的团队也很好地解决了这个问题。用于进行这些计算的数字工具HERITAGE特别有趣。这是同类中的第一个 - 完全专注于多代船舶的代码，调查其数学，生物，人口统计和统计可行性。

“该代码包含许多生物学，人口学，人类学，物理和化学数据，这些数据是从人类科学以及Mir和ISS研究中精心收集的，”Marin解释道。

它使用蒙特卡罗方法，这是一种采用重复随机抽样来测试场景的所有可能结果的数学方法 - 例如太空船员在几代人中的演变。

在这项研究中，Marin和团队通过将代码循环一千次来实现他们的预测，这相当于模拟一百万人的需求。

“为了提供全球发电船的真实模拟，还有很多步骤可以采取，”马林说。

接下来，他和他的团队的目标是通过包括群体遗传和突变将HERITAGE推向更高的地位。