四月春風(fēng)暖,大地啟春耕,田野間的耕種忙碌有序,而在距地球400公里的中國(guó)空間站,“天宮菜園”也在同步“耕耘”。從2016年航天員在天宮二號(hào)首次播下生菜種子,到2026年中國(guó)空間站實(shí)現(xiàn)多批次太空種植,十年間,中國(guó)航天人突破重重技術(shù)難關(guān),讓綠色生命在太空綻放。
太空種菜
從科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)
2016年,天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi),神舟十一號(hào)航天員景海鵬、陳冬小心細(xì)致地播種下生菜種子,這是中國(guó)人首次在太空人工栽培蔬菜。

輕便易搭建的栽培裝置、蛭石的栽培基質(zhì)、紅藍(lán)綠三色的LED燈,構(gòu)成了最初的“太空溫室”。播種后的第五天,種子成功發(fā)芽,這期間需定期進(jìn)行澆水、補(bǔ)光、間苗等操作。

一個(gè)月后,翠綠的生菜長(zhǎng)成了,但航天員并未在軌食用,而是將植物采樣帶回地面,進(jìn)行生物安全性檢測(cè),充分證明了中國(guó)人在太空種菜的可行性。

不僅如此,天宮二號(hào)還搭載了高等植物培養(yǎng)箱,科研人員通過(guò)地面監(jiān)控,對(duì)培養(yǎng)箱內(nèi)擬南芥和水稻進(jìn)行溫控和澆水,首次完成“從種子到種子”的空間長(zhǎng)周期培養(yǎng),國(guó)際上首次在空間獲得了擬南芥開(kāi)花基因啟動(dòng)子控制的綠色熒光蛋白實(shí)時(shí)圖像,為后續(xù)建立以植物為基礎(chǔ)的空間生命生態(tài)系統(tǒng),控制植物的開(kāi)花,提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提供了依據(jù)。


在“太空家園”
品嘗第一口新鮮綠色
自中國(guó)空間站進(jìn)入建造階段,太空種植迎來(lái)全新發(fā)展階段。2022年7月,問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射對(duì)接,搭載的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜為太空種植提供了更完備的平臺(tái)。

在軌執(zhí)行任務(wù)的神十四乘組將載有?擬南芥種子和水稻種子?的實(shí)驗(yàn)單元安裝至通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K?中,正式啟動(dòng)國(guó)際首次空間微重力環(huán)境下水稻“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)歷時(shí)120天,水稻成功結(jié)籽,并于同年12月隨神舟十四號(hào)飛船返回艙帶回地球。

9月10日中秋節(jié)當(dāng)天,乘組迎來(lái)了一份特別的“加菜”——他們攜帶的菜種經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的種植培養(yǎng),長(zhǎng)成了兩株綠意盎然的“太空生菜”。

這是中國(guó)航天員首次在軌食用自己種植的蔬菜。除生菜外,乘組還成功栽培了小麥和矮稈番茄。

“天宮菜園”
品種豐富收獲不斷
隨著中國(guó)空間站全面建成并轉(zhuǎn)入常態(tài)化運(yùn)營(yíng),航天員在軌工作生活長(zhǎng)達(dá)半年,對(duì)新鮮蔬果和太空綠色鮮活環(huán)境的需求增加,植物種植的面積和數(shù)量也隨之增長(zhǎng),執(zhí)行任務(wù)的航天員乘組也持續(xù)在太空進(jìn)行植物栽培實(shí)驗(yàn)。

神十五至十七乘組接力“務(wù)農(nóng)”,培育出三種生菜(“生菜王”“紅葉”“美羅”)和“紅蕾”櫻桃番茄,豐富了中國(guó)人的“太空食譜”;神十九乘組首次嘗試在軌種植甘薯,記錄其從發(fā)芽到收獲的全過(guò)程,并預(yù)留扦插苗供后續(xù)乘組使用,拓展了太空種植作物譜系……這片“太空菜園”,正在變得越來(lái)越豐富。



栽培裝置演進(jìn)
太空種植的“黑科技”
微重力條件下的水分養(yǎng)分供應(yīng)技術(shù)是空間植物栽培的關(guān)鍵。在太空里,利用人工栽培基質(zhì)是植物培養(yǎng)的主要方式,水分的運(yùn)動(dòng)主要依靠基質(zhì)顆粒的毛細(xì)作用力來(lái)進(jìn)行。栽培基質(zhì)的選擇從早期的離子交換樹(shù)脂、固態(tài)化瓊脂,到后來(lái)的巖棉、蛭石、蒙脫石、P土、人工燒結(jié)的陶粒等,科研人員圍繞這些基質(zhì)材料,研發(fā)了多種太空植物培養(yǎng)水分養(yǎng)分供應(yīng)系統(tǒng),應(yīng)用到不同類型的太空植物栽培裝置中,進(jìn)行太空植物培養(yǎng)。

基于“新升級(jí)”的栽培基質(zhì),科研人員設(shè)計(jì)了一種模塊化的簡(jiǎn)易太空植物栽培裝置,采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu),航天員可與植物隨時(shí)親密接觸。

植物生長(zhǎng)所需的二氧化碳、溫濕度和氧氣等氣體環(huán)境,與航天員基本一致,植物種植操作簡(jiǎn)單,便于照料。航天員還可按個(gè)人喜好將該裝置任意擺放在艙內(nèi)有光照的地方,為自己的工作生活環(huán)境增添一抹綠意。


在《天宮TV》中常見(jiàn)的“太空菜園”裝置,是科研人員設(shè)計(jì)的第二代空間植物栽培裝置,該裝置可科學(xué)自動(dòng)化配置植物生長(zhǎng)所需要的光照、水分和營(yíng)養(yǎng),并采用植物不可食部分發(fā)酵而成的再生基質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)輪番、多批次種植,為未來(lái)大規(guī)模的太空種植奠定了基礎(chǔ)。

目前,空間站在軌設(shè)置了2套空間植物栽培裝置,分別于2023年6月和8月正式啟用,用于開(kāi)展生菜栽培驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和櫻桃番茄、小蔥的栽培試驗(yàn)。

2025年7月,新型植物氣霧培養(yǎng)裝置(又稱氣霧培)隨天舟九號(hào)上行至空間站,使“太空菜園”再添一項(xiàng)“黑科技”。該裝置能夠?qū)⑺畾忪F化,提高水的利用率,并通過(guò)定制LED光譜提高能源利用效率。依托該裝置,科研人員可開(kāi)展植物高效栽培、果蔬生產(chǎn)與評(píng)價(jià)、大氣再生能力與效率、植物在軌照料模式等研究。

今年,由該裝置培育的櫻桃番茄長(zhǎng)勢(shì)喜人、產(chǎn)量頗豐,神二十一乘組與這些“勝利果實(shí)”在軌合影后小心采收、仔細(xì)封裝。后續(xù),空間站內(nèi)還將開(kāi)展小麥、胡蘿卜及藥食類植物的氣霧培養(yǎng)試驗(yàn)。

空間植物在受控生態(tài)生保系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,可以提供食物、氧氣和凈水,吸收二氧化碳,凈化環(huán)境并緩解航天員的心理壓力。在太空種植作物,不僅可以解決航天員的食物供應(yīng)問(wèn)題,還可以研究太空微重力等特殊環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、生理生化等方面的影響,持續(xù)探索未來(lái)深空探測(cè)以及受控生態(tài)環(huán)控生保技術(shù)。
從天宮二號(hào)的“首次栽培實(shí)驗(yàn)”到天宮空間站的“多批次種植”,是見(jiàn)證空間植物栽培技術(shù)取得突破的十年,更是見(jiàn)證中國(guó)人探索太空歷程的縮影。從“種得活”到“種得好”,這一抹綠色承載的不只是航天員餐桌上的新鮮感,更是人類走向深空、實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期駐留的夢(mèng)想。