火星美食

火星温室(低分辨率)

在任何飞往火星的无人驾驶飞机中(在最突出的情况下往返两年半),机组人员的食物将是重要的一部分。我们在另一个文件中看到了供水情况。至于食物,每位宇航员每天必须装载1.5千克干粮(脱水),或载有900名任务的5名宇航员乘载约7吨粮食天。除了数量方面,还有营养和心理方面的考虑。最后,正在研究在火星上安装温室的方法,以确保其中很大一部分供应。


在1960年代的第一次太空飞行中,进餐是以面食形式装在管子中的,其关注点是避免将碎屑和其他颗粒悬浮在零克环境中,这可能会受到启发。 。在阿波罗飞往月球的航班上,宇航员改用冷冻干燥的食物,并用塑料袋中的热水补水。但是,正是轨道站的长途飞行见证了太空食品工业的爆炸式增长,其单点餐可通过微波炉加热。

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精心准备了空间美食,如在中心一盒’Souillac酒店学校为’宇航员让·卢普·克里斯蒂安(’Espace, Toulouse).

理想的一餐
太空食物不是一件小事。能量需求对身体健康至关重要,也是宇航员精神上的重要条件之一。这一点尤其重要,因为微重力会特别给人体补充钙,钾和钠的流失,从而使人体承受负担。皮肤缺乏阳光直射也阻止了维生素D的合成。最后,失重会削弱味觉,从而影响进食的乐趣。我们可以看到,国际空间站的宇航员仅吸收其日常食物需求的80%,这意味着在执行6个月的标准飞行后体重减轻了5%,或75公斤宇航员3.5公斤。尽管营养学家做出了这样的努力:在飞行之前,宇航员确实可以从准备好的食物清单(每天3顿饭,外加“小吃”)组成菜单,然后按顺序重复选择的食物8天
从营养的角度来看,我们尝试通过添加食物(尤其是维生素D)来分解宇航员的日常热量摄入,其中蛋白质含量为20%,脂质含量为30%,碳水化合物含量为50%以及抗氧化剂,以抵御宇宙射线和通常充满氧气的机舱气氛的损害)。小心碗碟和补品以抵消钙的损失,但不能过多地减少钠的损失(钠元素的失重会对骨骼脱钙产生不良影响),我们还限制了铁的剂量,减少了铁的含量。微重力作用下的红细胞不再允许血液将有机物固定在地上。
最后,心理因素的重要性不可高估,就餐而言,主要的用餐乐趣是个体的平衡之源,就像其社会角色一样:进餐是放松和交流的时刻。我本人在北极和犹他州沙漠(火星学会的基地)进行的火星任务模拟中,我们由一两个机组人员依次设置了厨房。对于整个群体来说,这是社会凝聚力的一个因素,有助于打破常规。

正在研究火星温室的概念,尤其是在霍顿火星计划(C. Frankel / HMP)的北极(亚瑟·克拉克温室)中。
概念’那里有火星温室’学习,尤其是在’北极:霍顿火星计划的亚瑟·克拉克温室(C. Frankel / HMP)

温室:相当大的挑战
我们可以自然而然地认为,在火星上安装一个种有水果和蔬菜的温室可以为机组人员提供现场食物(在飞行过程中,由于航天器的体积小,因此不太可行。 )。太空机构和大学已经研究了这个问题,得出的结论是,要实现粮食自给,每人需要30平方米的集约化作物,或者我们的5名mar兵的机组需要150平方米,四舍五入为200平方米安全和可移动的空间。它仍然代表着网球场的表面。为了减少表面积,第一个解决方案是将农作物在几个叠加的高度(例如三个)上聚集在一起,以减少地面的表面积:因此,我们的土地面积降至70平方米(约12 m x 6 m)。
在火星温室中,您不能依靠自然光来种植植物,因为正在研究的墙壁材料(尤其是可充气的材料)不允许具有很高的透明度。此外,火星上的中暑充其量仅占地球上日照的52%,而在距火星轨道距太阳最远的那个点(阿菲利亚)下降到37%。因此,必须提供电照明(正常植物周期每天12小时,或者某些作物(例如高产小麦)每天24小时)。在地面温室中,您通常期望每平方米照明1千瓦。通过使用仅投射蓝色和红色光的LED灯泡,您可以节省金钱(绿色不用于光合作用,因此是植被的绿色,是太阳反射的阳光的一部分)。电厂):那么电力消耗可以降低到0.5 kW / m2,即我们200平方米的温室的100 kW。
这需要输送大量的电能。来自太阳能电池板的光伏能源不是一个非常有前途的解决方案:即使在火星上每平方米收获100瓦特,也需要1000平方米的太阳能电池板才能提供100 kW功率,即温室面积的15倍,并且这样的系统只会在白天发电,而在沙尘暴时期则很少。因此,解决方案将是一台袖珍核反应堆,准确地说是100到150 kW,这是第一批火星基地中这些发电机的预期功率。这样的反应堆的质量约为5吨,必须增加温室的重量:如果我们记得执行任务所需要的食物质量约为7吨(包括4吨重)。停留在火星上),我们看到我们不是通过用温室代替食物来获得胜利的,至少在一次任务的框架内。但是,如果将温室用于几个mar守者住宿,则可以实现规模经济。
另一个不利因素是宇航员花费在这个温室上的时间。研究表明,每天需要维护30个工时,或者说5名宇航员每人需要6个小时,这使得他们每天只有8个小时来维护任务本身(承认他们每天工作14个小时)。为了减少这种障碍,应使温室尽可能自动化,并由机器人来完成大部分操作,以使宇航员所花费的时间至少减半。

温室的自动化是否是重要的因素(在这里是北极HMP的Arthur C. Clarke温室),以减少军事人员必须批准的处理时间? (弗兰克尔/ HMP)
L’温室的自动化是重要的因素(这里是北极HMP的Arthur C. Clarke温室),可以减少军事人员必须批准的处理时间。 (弗兰克尔/ HMP)

温室的好处
您还可以调整温室的大小,以便仅作为宇航员饮食的补充,而不必提供所有食物。因为在消除它之前,应该强调温室的好处不可忽略。它确实提供了高质量的食物:富含维生素,色彩和质地高的新鲜产品,从心理学的角度来看,它们可以为膳食提供显着的附加值。
在推荐的水果和蔬菜中,这些水果和蔬菜的营养价值,单产和易用性高居榜首(乱序):生菜,菠菜,胡萝卜,西红柿,洋葱,萝卜,青椒,西兰花,甜菜,草莓,白菜,香草,土豆和地瓜,大豆,小麦,大米,豆类,豌豆和花生。它们的培养将是水培的(受养分控制的水循环),而不是在火星的“土壤”中进行,并且将根据它们的最大产量所必需的照明类型和温度进行区分。因此,将在18-20°C的温度下为小麦提供24小时的光照:这将是矮小的形式的小麦(高50厘米),种子产量高,可在80天内成熟。只要。温室的第二部分将受益于每天12小时的“常规”照明,该照明本身分为两个子组件,一个子组件在常温(18-20°C)下,另一个子组件在高温下( 22-26°C),将其保留用于大米,大豆,地瓜,花生,豆类,西红柿和辣椒。

生菜是选择用于太空飞行的植物之一,在0.25个大气压的压力下栽培于此(NASA)
生菜是选择用于太空飞行的植物之一,在0.25个大气压的压力下栽培于此(NASA)

温室中的气氛带来了一个有趣的问题。一方面,它不需要非常高的压力,植物能够满足0.25个大气压(250毫巴或百帕斯卡)甚至更低的压力,这减少了生产这种大气压的需求。以及温室壁材料(例如充气材料)上的应力。另一方面,这种气氛的成分基本上可以是火星的,主要是二氧化碳,因为这是植物所需的气体!更好的是,植物将二氧化碳转化为氧气,可以将其回收以满足宇航员的需求。数学告诉我们,集约化农作物每天每平方米将产生25克氧气,而对于200平方米的温室每天将产生5公斤氧气。但是一个人的氧气需求量大约是每天一公斤,而我们的五名mar兵的乘员则需要5公斤。有趣的巧合!
但是,在减压条件下在二氧化碳下操作温室的缺点很小:宇航员将无法穿着衬衫袖子在那里工作,吸入异味并赤手触摸植物。

维持文化在心理上起着重要的作用,就像在犹他州的火星人模拟任务中一样(C. Frankel / AssociationPlanèteMars)
L’维持作物起着重要的心理作用,例如’火星人模拟任务’犹他州(C.弗兰克尔/行星火星协会)

但是,温室是放松和孤立的特权场所,这对船员而言是巨大的心理优势。例如,在麦克默多(McMurdo)的南极基地,研究人员以在温室中放松甚至睡在吊床上而臭名昭著。因此,有必要在良好的碳层环境中或在具有足够透气性且压力足以向宇航员提供一小块尘世天堂的情况下权衡火星温室的利弊。

2 réflexions sur “ Cuisine martienne ”

  1. 你好,
    J’我也已经研究这些过程了几年了
    这句话有一些错误:根茎类蔬菜很难在水培法中生长。用于生产’氧气,您认为只有宇航员才能呼吸’O2:植物和细菌也是如此。您如何处理蔬菜垃圾?等等…
    问题是,从长远来看,您不会看到大局。…

    1. 您的评论非常相关。对于’氧气,应将植物消耗的氧气添加到’方程。对于根菜类,c’值得注意的是:我们可以根据自己的喜好配制一种土壤(基于火星土壤,但已中和,甚至通过施肥元素使其富集)。关于植物废料,将其回收是明智之举:要么将其堆肥以获得甲烷,要么通过平行养鱼(例如罗非鱼)来消耗它。整个问题确实令人着迷并且非常复杂。未完待续 !

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