世界上第一個(gè)功能完整的空間植物培育設(shè)施,設(shè)計(jì)者不是來自美國,不是來自蘇聯(lián)或者俄羅斯,也不是來自西歐發(fā)達(dá)國家或日本,而是來自東歐小國保加利亞。1983年至1991年,蘇聯(lián)和保加利亞在“宇宙間”計(jì)劃框架內(nèi)進(jìn)行了合作,研制SVET設(shè)備。
SVET空間溫室什么樣?
SVET空間溫室有1000平方厘米的種植面積,可容納40株成熟植物。植物室由熒光燈照明,有兩個(gè)寬窗戶(前面的窗戶是透明的),供工作人員播種、觀察和取樣。根模塊分為兩個(gè)相等的部分,并填充一種富含礦物鹽的天然沸石,以維持幾個(gè)連續(xù)的作物周期。這是保加利亞的原始技術(shù)。此模塊可更換,安裝在導(dǎo)軌上,就像抽屜一樣。通過傳感器、閥門和水泵將基質(zhì)水分精確控制在理想水平,并向根部區(qū)域供應(yīng)必要的氧氣。
SVET的外觀
控制器從芽區(qū)和根區(qū)收集環(huán)境數(shù)據(jù),并使用燈、通風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1990年6月16日,蘇聯(lián)航天員亞歷山大·巴蘭德和安納托利·索洛維約夫?qū)Π醉敿t蘿卜和大白菜進(jìn)行了第一次為期54天的長期植物實(shí)驗(yàn),稱為“溫室1”。
SVET的組成
當(dāng)新鮮植物樣本返回地球進(jìn)行調(diào)查時(shí),它們發(fā)育良好,這是人類第一次在微重力條件下種植蘿卜根作物,但它們的體積只有地面上對照組的三分之一。在空間和地球條件下生長的植物的生物量差異很大(4~8倍),表明空間植物遭遇了嚴(yán)重的水分和養(yǎng)分不足,植物根系介質(zhì)中的最佳空氣和水分含量之間的平衡受到干擾。
SVET里生長的植物
無論如何,第一次實(shí)驗(yàn)取得了無可爭議的成功,證明了保加利亞空間研究設(shè)備和生物技術(shù)的效率。但是這次試驗(yàn)的尾聲正值蘇聯(lián)解體,后續(xù)試驗(yàn)停滯了5年。
太空中第一次從種子到種子
美國宇航局對和平號空間站的興趣挽救了SVET。1993年,美國副總統(tǒng)戈?duì)柡投砹_斯總理維克托·切爾諾梅爾金簽署了一項(xiàng)協(xié)議,利用“和平號”上可用的硬件設(shè)施進(jìn)行聯(lián)合空間研究。1994年4月,美、俄、保加利亞在莫斯科簽署了一項(xiàng)協(xié)議,以便在1995年至1997年期間在“和平號”上用SVET進(jìn)行長期實(shí)驗(yàn)?;镜纳飳W(xué)任務(wù)是在美國航天員的參與下,實(shí)現(xiàn)完整的小麥種子到種子生命周期,通過多次航天飛機(jī)和俄羅斯貨運(yùn)任務(wù)來運(yùn)送設(shè)備和樣本。保加利亞繼續(xù)負(fù)責(zé)研制第二代改良的SVET-2空間溫室。
和平號空間站上的SVET系統(tǒng)
和平號空間站和美國航天飛機(jī)的合作飛行,使STVE實(shí)驗(yàn)得以長期進(jìn)行
根據(jù)協(xié)議,美國猶他州立大學(xué)空間動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了美國氣體交換測量系統(tǒng)(GEMS),用于加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測。GEMS于1995年添加到在軌的SVET空間溫室中。
新的SVET-2在植物上方放置兩個(gè)單獨(dú)的透明袋,一個(gè)袋位于封閉植物室體積的兩個(gè)根模塊部分上,以便進(jìn)行局部氣體交換和葉片環(huán)境測量,GEMS提供了四個(gè)紅外高精度氣體分析儀,測量進(jìn)入和離開每個(gè)袋的空氣中的絕對二氧化碳和水蒸氣水平及其差異,以及被測氣體的絕對壓力和壓差。這些是評估植物的光合作用、呼吸和蒸騰所必需的。同時(shí)還需測量艙內(nèi)壓力和氧氣水平。用筆記本電腦將所有環(huán)境數(shù)據(jù)收集在一個(gè)磁盤上,并在任務(wù)結(jié)束時(shí)將這些數(shù)據(jù)帶到地球。
SVET系統(tǒng)為每個(gè)根模塊部分設(shè)置一個(gè)基板濕度傳感器,足以測量和控制基板濕度水平。GEMS還帶有16個(gè)基板濕度傳感器(每個(gè)模塊8個(gè)),以監(jiān)測整個(gè)基板體積中的水分分布。
1995年至1997年,在SVET-GEMS復(fù)合體中進(jìn)行了一系列長期植物試驗(yàn)。1995年,作為和平號空間站-航天飛機(jī)計(jì)劃的一部分,首次嘗試在該復(fù)合體中種植超矮稈小麥。
在為期90天的實(shí)驗(yàn)中,“溫室2a”的弱光強(qiáng)度和其他技術(shù)問題嚴(yán)重干擾了小麥植株的遺傳循環(huán)。1996年,保加利亞科學(xué)家開發(fā)了一種新的改良設(shè)備,發(fā)射到“和平號”上。新的照明單元的燈光強(qiáng)度是2.5倍,其他所有單元都運(yùn)行良好。
航天員路西德觀察SVET中小麥長勢
超級矮稈小麥實(shí)驗(yàn)“溫室2b”于1996年在新的SVET-2-GEMS復(fù)合體中重復(fù)進(jìn)行。溫室2b實(shí)驗(yàn)分為123天和42天兩個(gè)階段進(jìn)行。在第一階段,目標(biāo)是在完整的種子到種子生命周期中種植小麥。雖然生長區(qū)發(fā)育了297個(gè)外觀完美的小麥穗,但所有的穗都是不育的,在花粉發(fā)育階段發(fā)育停止。地面研究證明,在“和平號”艙內(nèi)空氣中,1~2ppm的乙烯可誘導(dǎo)小麥植株雄性不育。
在第二個(gè)試驗(yàn)階段種植了新的小麥種子,安裝了葉袋,并首次使用GEMS設(shè)備成功進(jìn)行了為期12天的蒸騰和光合作用測量。GEMS證明,在太空中可以進(jìn)行開放式氣體交換測量。綠色植物被冷凍后返回地球進(jìn)行生化分析。
1997年,在SVET-2-GEMS設(shè)備上進(jìn)行的“溫室3”種子播種試驗(yàn)中,使用了一種生命周期很短的芥菜屬植物——蕓苔屬油菜。
1997年6月25日,“和平號”與進(jìn)步號補(bǔ)給飛船相撞,導(dǎo)致SVET-2空間溫室斷電,溫度降低,大氣壓力和組成發(fā)生變化。美國航天員邁克爾·福勒通過電線將核心艙的電能傳輸至SVET,挽救了實(shí)驗(yàn),保證了太空中第一個(gè)種子-種子全生育周期的成功。第一次太空種子(在太空中產(chǎn)生)再次播種發(fā)芽,培育出一株正常的植物。
和平號空間站
在天上種小麥
科學(xué)家們的奮斗目標(biāo)是種植小麥種子。美國猶他州立大學(xué)的科學(xué)家布魯斯·巴格比建議使用另一種小麥品種“遠(yuǎn)地點(diǎn)”,因?yàn)樗艿挚垢咭蚁舛取?/p>
小麥植物實(shí)驗(yàn)在1998~1999年繼續(xù)進(jìn)行?!皽厥?”和“溫室5”實(shí)驗(yàn)由俄羅斯航天員進(jìn)行。在“溫室4”實(shí)驗(yàn)中,12顆“遠(yuǎn)地點(diǎn)”共產(chǎn)生了508顆種子。采集了干物質(zhì)樣品,大部分種子返回地球。
在“溫室5”實(shí)驗(yàn)中,種植了10顆太空生產(chǎn)的種子,其中一顆產(chǎn)生了第二代太空種子。這兩次實(shí)驗(yàn)期間產(chǎn)生的所有種子都是正常的。它們在地球上種植后發(fā)芽,長出了健康的綠色植物。
SVET-2“溫室6”的最后一次實(shí)驗(yàn)于2000年5月至6月進(jìn)行。四種不同品種的萵苣作物(蕓苔屬)的種子由和平號空間站的最后一批航天員種植并正常生長。選擇這些植物是因?yàn)樗鼈兊闹脖恢芷谳^短。每種植物的樣本都被帶回了地球。而其余的則由航天員謝爾蓋·扎利奧廷和亞歷山大·卡勒里愉快地品嘗,評估植物產(chǎn)品的風(fēng)味質(zhì)量。
航天員謝爾蓋·扎利奧廷(左)和亞歷山大·卡勒里
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