宇航员食品

人类对未来的畅想,激励着其不断把目光投向地球之外的浩瀚宇宙。美国航空航天局启动了阿尔忒弥斯项目,计划让人类从 2028 年起常驻月球,而俄罗斯、中国和欧洲的航天机构也纷纷表达了相似的雄心壮志。但这只是实现在火星常驻这一终极目标的一小步。目前,一些国家的航天机构以及 SpaceX 等私营组织正在积极开展这方面的工作。

为宇航员供应食物是任何太空长期探索项目的主要挑战之一,在欧盟携手众多技术合作伙伴于 2015 年率先启动的伊甸园国际空间站 (Eden-ISS) 项目中,针对这一课题也投入了大量研究。主要目的是研究与开发国际空间站及延伸领域的安全食品生产过程和技术。

在研究过程中,伊甸园国际空间站项目建造了一个集装箱大小的温室设备来开展试验。该温室在德国西北部的不莱梅接受了测试,然后于 2017 年运往位于南极洲的德国南极科考站诺伊迈尔三号 (Neumayer III)。这里与世隔绝、居住条件恶劣,地形条件与外星极其相似。

“未来,像这样的闭环温室可以为宇航员提供食物,同时还可以帮助空气与水的循环利用,从而减少需要从地球提供的补给量”
VINCENT VRAKKING 德国航空航天中心 (DLR) 伊甸园研究小组成员
Case study iss antarctica content

美国航空航天局和德国航空航天中心目前使用这个温室对月球和火星的蔬菜栽培技术进行了一系列联合实验。美国航空航天局科学家 Jess Bunchek 正在试验未来的宇航员如何省时省力地种植莴苣、黄瓜、西红柿、辣椒和香草。她每天精心照料自己的作物,对温室技术和各类植物进行实验。

“我们收获了大量的实际操作知识,例如机组人员的需求量和工作量,”Vrakking 说,“在温室真正在月球或火星上投入使用之前,我们需要对温室内各项活动的相关步骤进行研究和优化,以便让宇航员专心进行太空探索和科学研究。”

虽然听起来似乎有悖常理,但在温度可能低至零下 50°C 的环境中,冷却对温室的运行却是必不可少的,因为需要耗散照明和其他电气设备产生的热量。“冷却系统非常重要,”Vrakking 说,“我们需要精确控制从温室中排出的热量,从而保持最适宜的空气温度和湿度水平。”

德国不莱梅批发商 Frigotechnik 的前分公司经理 Jan Levin 回忆说,他很难相信客户需要的冷却系统会在如此苛刻的条件下工作。“他们第一次联系我时,就说想见个面,当面向我说明这个项目,”他回忆道,“我们一起喝了杯咖啡,当他们谈起模拟月球的气象条件时,我一开始还以为他们在开玩笑。”

Levin 联系了昆腾公司,然后与昆腾的技术团队密切合作,寻找能够满足这个项目需求的冷却解决方案。他们最终找到了答案——定制的的昆腾 Flat COMPACT 干冷器。这是一个相当大的技术挑战。

“我们必须对风扇和电机的轴承进行特殊润滑处理,”时任昆腾销售经理 Udo Brünjes 表示,“这意味着要在非常低的温度下使用高粘度润滑油或润滑脂,否则风扇轴承可能会断裂。同时,我们必须确保温度较高时,润滑油的流动性不会过大,润滑油不会粘在轴承上,风扇会卡住。我们还需要为电缆提供低温保护,并为装有电子器件的设备箱配备加热系统,以免它们被冻住。”

“这些设备还必须非常耐用……千里迢迢运往南极要花很多钱,所以更换新零件或更新换代的费用会非常高昂。”
JAN LEVIN FRIGOTECHNIK 前分公司经理

干冷器昆腾干冷器已在南极连续运行了四年多,从未出现过任何问题。 未来,伊甸园国际空间站项目研究成果的受益者可能不仅是宇航员。Vrakking 表示,该项目中收获的知识与经验也可以用于地球上的温室,尤其适用于极地、沙漠地区或遭受自然灾害破坏的地方。