想在太空中嘗點新鮮食物？NASA 採用 LED

在太空栽種植物，也許聽起來有點不切實際，但 NASA 很重視這個課題，太空人也是。雖然知名的脫水式太空「管狀食物」還會持續一段日子，但跟太空人在 60 年代登月時期吃的食物已經有所不同，不僅大幅改良，更加注重營養 (圖 1)。我希望太空食物吃起來美味，因為這很可能是太空中的主要營養來源，甚至可能用於有望在 2030 年代啟動的火星探險。不過，到時將會有許多改良，可能還會有替代方案。

圖 1：雖然脫水處理的傳統太空「管狀食物」自 60 年代至今已有所改良，但研究如何使用 LED 在太空種植新鮮蔬菜很有發展潛力。(圖片來源：NASA)

為了一窺太空食物的未來，我拜訪了佛州 NASA 甘迺迪太空中心的「VEGGIE」實驗室，瞭解太空料理的最新發展。迎接我的是 Gioia Massa 博士，她是 NASA VEGGIE 計畫的生命科學專案科學家；此專案主要研究如何在國際太空站 (ISS) 上種植蔬菜 (圖 2)。

圖 2：NASA 在甘迺迪太空中心 (KSC) 的「VEGGIE」計畫由 Gioia Massa (右) 負責。此計畫是要在國際太空站上持續種植蔬菜。(圖片來源：Loretta Taranovich)

在太空種植蔬菜的原因及方法

就像我之前說的，雖然太空人仍會從軟管中攝取食物，但可能很快就能嚐到既熟悉又新鮮的食材，例如剛剛長出的生菜。這很重要：太空人向我說過，新鮮食物的小確幸能讓他們重溫熟悉餐點的外觀、感覺和香味，能大幅改善用餐體驗。

為了在太空種植新鮮的蔬菜，NASA 採用不起眼的 LED (圖 3)。由於 LED 能以多種光譜波長集中供應能量，促進植物的生長，因此非常適合用在此情況。此外，LED 產生的熱能也很少，因此能放置在狹小的空間中並靠近植物。

圖 3：NASA 研究已確定，LED 照明是確保植物在太空中茂盛生長的最佳光源。(圖片來源：Loretta Taranovich)

以人工照明栽種植物，在地球上已行之有年，但在太空中栽種植物的挑戰性卻高出許多。在太空中，人工照明及風扇必須裝配得「恰到好處」，才能複製陽光和風。另外，可靠性與耐用性對太空旅行非常重要，也因此 LED 成為飛向火星等遠距離太空任務的理想選擇。

不同 LED 波長的作用

特定波長的 LED 各有其優點：

紅光 (630 至 660 nm)：對莖的生長和葉子的伸展至關重要。此外，此波長還能調節開花、休眠期以及種子的發芽。

藍光 (400 至 520 nm)：需要與其他光譜的光謹慎混用，因為過度暴露於此波長的光，可能會阻礙特定植物品種的生長。藍色波段的光也會影響植物當中的葉綠素含量，以及葉子的厚度。

綠光 (500 至 600 nm)：學界曾經以為植物不需要此波長，但最近的研究顯示，此波長會穿過較厚的頂冠，為下方的葉子提供能量。

遠紅光 (720 至 740 nm)：此波長也會穿過茂密的頂冠，為植物下層的生長提供能量。另外，暴露於紅外線會縮短植物開花所需的時間。遠紅外光的另一項好處是，暴露於此波長的植物，比起未暴露於此光譜的植物，通常會長出較大的葉子。

NASA 的科學家還發現，在 LED 陣列中加入白色 LED 光，可確保室內栽種的植物接收到所需的所有光合作用活性輻射，進而在太空中達到最佳化的健康、生長及產量。

OSRAM 已與 NASA 密切合作，研究如何在太空中栽種植物。該公司的 Phytofy LED 照明系統，是獨特並且可調整的 LED 園藝照明系統，其波長介於紫外光到遠紅外光，並能對個別通道進行即時控制和排程 (圖 4)。這款經過校準的系統，在設計上能以多種光譜、波長和強度提供光照處理，適合用於園藝研究。Phytofy 是研發植物光照方案的完美選擇。光照可透過圖形化使用者介面進行控制。此系統可幫助 NASA 微調 LED 特性以適應太空環境，以最佳的 LED 照明色彩、持續時間和強度，讓植物達到最佳的生長與健康狀態。

圖 4：OSRAM 正攜手 NASA，使用其 Phytofy 系統來確定最佳的 LED 色彩、持續時間和強度，促進植物的生長。(圖片來源：NASA)

雖然 NASA 的這項研究大多是在地球上進行，但 LED 已送往國際太空站進行最終測試。商用級 LED 最終可供許多公司用於太空。

太空灌溉

當然，植物需要水。因此，每顆種子都放置在單獨的「根墊」或「枕材」中，並單獨供水 (圖 5)。每個枕材中，都會置入一種名為 Arcillite 的固態生長基質，此材料經證明最適合用於太空栽種植物。會使用發泡墊幫助固定 Arcillite 生根基質，還可避免植物的根不小心長入 LED 燈中。

圖 5：Massa 博士正在裝設植物給水系統。(圖片來源：Loretta Taranovich)

在整個生長週期中，都會監測水份和生長高度，直到植物採收後，又會開始下一個生長週期。

結論

即使在最理想的情況下，太空依舊是嚴苛的環境，因此，NASA 為提升太空任務舒適度所做的任何努力，下一代踏上更遠征程的太空人都會銘記在心。在與 OSRAM 等公司合作後，NASA 的植物學家似乎將可在太空中栽種植物。雖然這在整個計畫中看起來微不足道，但將為勇敢前往太空疆界的探險者提供亟需的營養、風味以及家的感覺。

對我個人而言，我已迫不及待地想看看太空食物的下一步發展。也許會有披薩？