太空旅行吃什么

宋洋波

出門長途旅行，如今的我們總是習(xí)慣帶上方便面，不同包裝、各種口味的方便面，滿足著來自不同地域、有不同口味的旅行者的味蕾。古人有云：兵馬未動，糧草先行。當(dāng)人們旅行的腳步開始向太空進(jìn)發(fā)，不能沒有足夠的食物。食物，既是古時戰(zhàn)爭成功的關(guān)鍵，也是我們現(xiàn)代人飛向更遙遠(yuǎn)宇宙的先決條件。

世界超級大國正在策劃如何將人類送上月球，帶去火星。而我們在嫦娥五號成功返回后，距離下一個目標(biāo)——中國人登上月球，也不再遙遠(yuǎn)。前往深空，常規(guī)補(bǔ)給并不可行。因此，帶著什么樣的“方便面”出發(fā)，成為人類探索太空路上的重大挑戰(zhàn)。

國際空間站（International Space Station，簡寫為ISS）已成功在軌運(yùn)行20年，主要運(yùn)營方之一的美國航空航天局（The National Aeronautics and Space Administration，簡寫為NASA），已經(jīng)形成了一套保證近地軌道宇航員飲食安全的食品供應(yīng)系統(tǒng)。

由于空間站上水、儲存空間、備餐時間和備餐能力（如加水、加熱）有限，宇航員僅可選擇貨架期穩(wěn)定、食用方法單一的天然食品，以及經(jīng)過脫水、干餾、熱穩(wěn)定或輻照處理的食物。在選擇食物及飲品種類方面，宇航員可自選20%，其余80%均為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)配套食物。每年僅幾次的補(bǔ)給會運(yùn)載新鮮水果和蔬菜到達(dá)空間站，剩余大部分為特制食品。有宇航員報告說，這些天然食品使他們得到了心理上的滿足。因為新鮮水果和蔬菜的種類、數(shù)量各不相同，并且其保鮮期很短，所以很難量化營養(yǎng)供給量，容易導(dǎo)致宇航員營養(yǎng)缺乏，心理安慰作用實際上要大于其營養(yǎng)價值。

僅10天的月球任務(wù)，阿波羅計劃的宇航員就曾提出要求：必須無條件滿足熱水供應(yīng)。但在整個計劃中，由于資源限制，僅允許部分任務(wù)使用熱水或食物加熱器，且食物的質(zhì)量和數(shù)量不足，為了降低10%的食物載荷重量，還曾利用“膳食棒”來滿足宇航員每餐需要的熱量和營養(yǎng)（約750千卡）。現(xiàn)在我們很難說清，連續(xù)8天的太空冷食是否會影響人的營養(yǎng)攝入、身體機(jī)能、情緒斗志，乃至影響宇航員應(yīng)對任務(wù)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險。

為火星任務(wù)開發(fā)食品系統(tǒng)的難度，將比月球或國際空間站任務(wù)更上一層樓。

首先，執(zhí)行火星任務(wù)的宇航員將在航天器上度過6個月或者更長的時間，這段旅行類似于國際空間站，但沒有食物補(bǔ)給;其次，宇航員需要在火星表面停留18個月，過程中依然沒有補(bǔ)給或應(yīng)急返程安排;最后，同樣是沒有補(bǔ)給的為期6個月的返程旅行。此外，環(huán)境的變化也會導(dǎo)致各種各樣的問題，看著地球越來越小，聯(lián)系越來越困難，宇宙輻射、微重力環(huán)境、隔絕和封閉空間的影響對我們來說更可怕。食物是已知應(yīng)對太空環(huán)境下，宇航員生理機(jī)能和行為能力減退的唯一對策。問題是，如何優(yōu)化食品系統(tǒng)，減少因食物問題在空間環(huán)境中造成的不良影響，同時在整個飛行任務(wù)中不增加載荷負(fù)擔(dān)，還能保持食物的適口性？

雖然地球上已經(jīng)有許多現(xiàn)成的食品系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)能否滿足航天需求，尚未可知。空間食品開發(fā)的主要任務(wù)是提供一個安全、有營養(yǎng)、可實施、能夠在長期太空飛行中使用的系統(tǒng)，而任何空間食品系統(tǒng)都必須符合以下基本標(biāo)準(zhǔn)：

安全

降低食品風(fēng)險對宇航員健康和運(yùn)載器的影響，是航天任務(wù)的重中之重。現(xiàn)有的航天食品系統(tǒng)，會在地面對食物進(jìn)行全面處理和測試，盡可能避免宇航員食物中毒的風(fēng)險。在航天器中種植的食物也有微生物檢測、衛(wèi)生要求和相應(yīng)的回收處理規(guī)范。由于航天器或空間站為封閉系統(tǒng)，所以食品也存在被細(xì)菌污染的可能。盡管今天的人們已經(jīng)在航天飛行期間，為環(huán)境和回收系統(tǒng)的微生物質(zhì)量控制作出了很多努力，但微生物仍不可避免地存在于宇航員的生活環(huán)境中。

穩(wěn)定

目前設(shè)計的火星任務(wù)要求，食品系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性（營養(yǎng)成分和設(shè)備配套），食品儲存期至少達(dá)到5年。盡管可以使用制冷設(shè)備，但必須考慮航天器容量、食物系統(tǒng)質(zhì)量和運(yùn)載火箭動力的限制。迄今為止，研究人員尚未設(shè)計出或測試通過符合這一要求的食品系統(tǒng)，也不能保證5年內(nèi)能夠持續(xù)為宇航員提供營養(yǎng)，且在惡劣的航天環(huán)境（如強(qiáng)輻射與極端溫度）中滿足食物質(zhì)量、載荷重量和長期穩(wěn)定儲存的要求。

可口

食物系統(tǒng)可以滿足所有必要的標(biāo)準(zhǔn)，但如果其并不可口，宇航員不愿意足量食用，就很難支持宇航員的身體健康、穩(wěn)定表現(xiàn)和必要的工作士氣。只有滿足宇航員在任務(wù)期間必要的生理及心理需求，準(zhǔn)備可口美味的食品，太空任務(wù)才能最終得以實現(xiàn)。隨著航天旅行的持續(xù)時間和距離的增加，食物變得更加重要。在航天飛行的極端環(huán)境下，宇航員面臨體重下降的風(fēng)險。這不僅與宇航員肌肉骨骼的損失、心血管功能的減退和氧化應(yīng)激的增加有關(guān)，也與食物是否可口、菜品是否過于單調(diào)密切相關(guān)。和地球上的人類一樣，宇航員也需要每天有可口美味的食物來補(bǔ)充營養(yǎng)和能量。

營養(yǎng)

在人類探索地球的歷史中，由于食物系統(tǒng)的不完善導(dǎo)致隊員死亡和任務(wù)失敗的案例比比皆是，其主要原因或為食品不足、保存不善，或為食品營養(yǎng)缺乏、熱量不足，或是營養(yǎng)素過量產(chǎn)生毒性，或者兼而有之。現(xiàn)在我們已經(jīng)可以避免太空任務(wù)中出現(xiàn)這些問題，但并未涉及過近地軌道之外的載人探索。此外，僅滿足最低營養(yǎng)需求，可能只夠防止?fàn)I養(yǎng)缺乏，我們需要優(yōu)化系統(tǒng)（如包括各種水果、蔬菜及相關(guān)生物活性成分的系統(tǒng)）來更好地保障宇航員的健康和工作表現(xiàn)。

簡化

食品系統(tǒng)使用的所有資源（如載荷質(zhì)量、運(yùn)載空間、操作時間、水、電力、設(shè)備等）及產(chǎn)生的廢物（如廢水、包裝、揮發(fā)物、生物廢物等），都需要與宇航員的營養(yǎng)需求及可接受的數(shù)量、種類進(jìn)行衡量匹配，而非一味使其豐富化、復(fù)雜化。任務(wù)的策劃團(tuán)隊會在衛(wèi)生和醫(yī)療專家的配合下，綜合決策航天任務(wù)中宇航員需要的健康和運(yùn)行供應(yīng)系統(tǒng)（如食物、鍛煉、醫(yī)療），以充分利用有限的資源。

種類

食品的類型、質(zhì)地和口味都可增加食物的豐富度。為了避免單一菜單，需配合食品系統(tǒng)的其他組合（如預(yù)包裝食品、太空種植植物等）。即使再“完美”的食品，其成分與營養(yǎng)也無法涵蓋完整的食物系統(tǒng)，完全滿足食品的多樣性。

可靠

與航天器的其他系統(tǒng)一樣，若食物系統(tǒng)部分或全部損失，其結(jié)果將會是災(zāi)難性的。所有系統(tǒng)問題需要提前在真實或模擬的航天極端環(huán)境（如壓力、重力、溫度、輻射等條件）中進(jìn)行測試和檢修，以確保任務(wù)中各系統(tǒng)的安全可靠。

即食

目前，空間食品系統(tǒng)僅允許加水與加熱食物（即不可烹飪）。未來必須專門開發(fā)新的食品制備設(shè)備，以滿足安全（如觸摸溫度限制）和航天環(huán)境（如微重力、艙壓變化、輻射等）要求，同時要求宇航員在使用其制作或生產(chǎn)食物時，必須方便快捷。在理想情況下，宇航員將使用散裝配料進(jìn)行烹飪，但目前的航天器技術(shù)很難將其實現(xiàn)，除了復(fù)雜的食物系統(tǒng)會增加航天器載荷，包括接觸溫度限制（以消除燒傷風(fēng)險）、配料加工、烹飪安全等問題也面臨很大技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，食物的制備還不得不考慮引力對烹調(diào)和廢物清理過程的影響。開發(fā)與設(shè)計系統(tǒng)時，必須考慮航天飛行的真實環(huán)境和制約條件，以盡量減少資源使用為原則。

縱觀歷史，先輩們?yōu)榱颂剿鞯仄骄€上未曾到訪的地域而勇敢出發(fā)，數(shù)以百萬計的探險家因為缺少食物和營養(yǎng)，倒在探險路上，從此杳無音信。今天，我們研究方更方便、快捷、輕巧、可口的航天食品系統(tǒng)，確保下一次面向太空的偉大探索能得到充分的食物供給、營養(yǎng)補(bǔ)充和美味滋養(yǎng)。