宇宙で野菜を育てるには？

「神舟13号」宇宙船が3人の宇宙飛行士を乗せて中国の宇宙ステーションに到着し、素晴らしい宇宙生活を始めるのを見て、多くの若い読者は「宇宙では何を食べるのか？」と思わず尋ねます。

実際、中国の宇宙ステーションには、魚風味の細切り豚肉、宮保鶏、煮込み豚肉など、手早く作れて美味しい食べ物が豊富にあります。しかし、このようなファーストフードをいつも食べるのは長期的な解決策にはなりません。人類が地球外惑星で「領土拡大」を続けるなか、「宇宙でいかに野菜を育てるか」がますます重要になってきている。

なぜ野菜を育てるのですか?

宇宙ステーションにはおいしい食べ物がたくさんあるのに、なぜ宇宙で野菜を育てる必要があるのでしょうか?

最大の問題は送料です。現在、国際宇宙ステーションにいる人一人当たりは毎日1.8キログラムの食料と包装物を消費しています。 4～5人のチームが3年間火星探査を行うとしたら（現在の火星への片道飛行は約半年かかります）、10トン近くの食糧が必要となり、飛行に大きな負担がかかります。

2つ目は食品の賞味期限です。仮に3年間の火星探査を行うとしたら、食料の保存期間は少なくとも3年必要となる。時間が経つにつれて、食品の品質と味は急速に劣化します。最初の 1 年はおいしいかもしれませんが、3 年目にはおいしくなくなるでしょう。

宇宙食を22℃で5年間保存し、その栄養成分を毎年検査すると、変化が起こります。最初の1年間で、ほとんどの食品に含まれるビタミンA、ビタミンC、葉酸、チアミンが著しく劣化します。この問題を早急に解決しなければ、100年前に船員が患った壊血病が将来の宇宙飛行士に再発する可能性がある。航海時代の壊血病は、長期間の航海中に果物や野菜が手に入らなかったことが原因でした。

宇宙で野菜を栽培することは、食糧供給に加えて、人工生態系を構築する上で実は重要な部分です。植物の栽培は、廃水のリサイクル、酸素の生成、空気の浄化などに役立ちます。

宇宙で野菜を育てるのは難しい

本当に宇宙で野菜を育てようと思ったら、かなりの困難が残ります。

最も直接的な点は、宇宙の無重力環境です。火星の重力は地球の3分の1以下であり、月や宇宙ステーションの重力はさらに小さいため、成長ホルモンの分布や植物の成長の方向にも変化が生じることになります。

たとえば、シロイヌナズナを宇宙軌道と地球上でそれぞれ栽培すると、宇宙では植物の成長が遅くなり、根の細胞が小さくなることがわかります。根の成長にも独特の変動があり、根はより短く、より「ねじれた」形になります。

同時に、宇宙での放射線の継続的な存在は植物の DNA 変異を引き起こし、発芽、成長、生殖に影響を及ぼす可能性があります。

さらに、地球上で作物を育てるために必要な太陽光、水、土壌、肥料は、宇宙で作物を育てる場合にも不可欠です。太陽光は人工光に、水は宇宙カプセルの水循環システムに置き換えることができ、土壌が最も重要な問題となります。

火星の土壌には植物に必要な物質のほとんどが含まれていますが、植物に不可欠な活性窒素が不足しており、植物の成長を助けるために窒素固定細菌を追加する必要があります。そうしないと、植物が実を結ぶことが難しくなります。

科学者たちが野菜を育てる独自の技術を披露します。宇宙での野菜栽培の困難を克服するために、各国の科学者は「それぞれが独自の技を披露しながら海を渡る八仙人」とも言える。

ソビエト連邦は1971年に早くも宇宙で小麦、大根、玉ねぎを栽培する実験を開始した。数十年にわたる試みの末、米国とロシアの科学者たちは、小麦、菜種、エンドウ豆などさまざまな植物の宇宙栽培を実現した。現在、国際宇宙ステーションではレタスやキャベツなどの作物が栽培されています。宇宙飛行士たちはこれらの宇宙野菜を味わい、「格別な味」だと思ったそうです。

中国独自の宇宙実験室でも野菜栽培の実験が行われている。レタスは2016年に打ち上げられた天宮2号宇宙実験室で栽培された。科学者たちはさまざまなテストを通じて、水やり方法と肥料を最適化した後、天宮2号のレタスは地球上のものよりもさらによく育ったことを発見した。 2019年、研究者らは宇宙環境が作物の成長に与える影響を調査するため、天宮2号でシロイヌナズナとイネを植えた。

将来の宇宙農場では、将来の宇宙旅行で酸素、水、食料の自律供給を実現できる完全なエコシステムをどのように構築できるのでしょうか?これは将来の宇宙農場の構想でもあります。

実際、1960 年代から 1970 年代にかけて、研究者たちはこの種の「人工生物圏」の構築を試み始めましたが、残念ながらすべて失敗に終わりました。そこで科学者たちは次善策として、外界（電気、エネルギーなど）と一定の接続を持つシステムを構築しました。それが現在国際宇宙ステーションで使用されている制御生態学的生命維持システム（CELSS）です。

このシステムでは、植物が十分な酸素を生成できることが必要です。同時に、これらのプラントは宇宙の人々の日常の食糧ニーズを満たし、人々が排出する尿や排泄物などの廃棄物を活用できなければなりません。

北京航空航天大学の劉紅教授のチームはかつて、制御された生態学的生命維持システム「月宮殿1号」を建設した。 2017年から2018年にかけて、8人のボランティアが次々と「ムーンパレス1」に入り、370日以上生存し、閉鎖された生存実験として世界最長の記録を樹立した。これは将来の月面探査基地の建設のための優れたテンプレートとなります。

数年後には、科学者たちの努力のおかげで、SF作品に出てくる宇宙基地が現実になるかもしれません！