宇宙航行和营养问题 [复制链接]

第5版()
专栏：

宇宙航行和营养问题
B·马尔金
人类实现宇宙飞行这一盼望已久的日子已经越来越近了。
宇宙航行，速度很高，路程又长，这就产生了如何保持人的正常工作能力，也就是说，如何保证人的正常营养的问题。
宇宙深处没有生命，只能把食物贮藏在船舱里，可是船舱的每一平方厘米都是极其珍贵的，能带的食物和水极其有限。同时，除了食物和水以外，还需要氧气。宇宙航行家每天大约要消耗水2100克，氧气860克，有机食物810克，盐类10克，算下来，一年将近一吨半。因此，如果只是几天，个把星期，还可以带着罐头走，要是连续几个月，那么最合理的方法是在船舱里进行维持生命所必需的这些物质的再生产。
一　个　难　题
在地球上，有着物质的循环。但是一个原子从这个人身上出去，以后又回到这个人身上来，这样的可能性是非常少的。因为人排泄出去的、分泌出去的物质，要经过许多转变，才能重新组成动物和人的食物。所以，在宇宙飞船的船舱里创造物质循环闭锁系统的时候，就该创造这样的条件，要使机体排出的渣滓里的每一个原子都能重新用来作为人的食物。创造了这样的系统，远距离行星际飞行中人所需要的食物和水，就可以十分经济地得到保证。据估计，一个七十公斤重的人在一昼夜内所需要的化学物质，按原子来算，是：氧（呼吸也包括在内）3150克，碳330克，氢290克，氮4．5克，钙1克，磷1．5克，硫0．8克，钾、钠、氯大约1克左右，其他生命所必需的元素（锰、铁、铜、碘、镁等等）总共还不到1克。如果人能够用化学元素自由地合成蛋白质、脂肪、碳水化合物这些主要的食物，那末带上总共不过几十公斤重的化学物质就能够作任何远距离的航行。
如果这能做到，生活就容易多了，而且也可以比较简单地解决宇宙航行家的食物问题了。但是在今天说来，这个理想还只是一个幻想。
齐奥尔科夫斯基的想法
在宇宙飞船上创造一个人和动物的生命活动所需要的全部物质的闭锁循环系统（现在称为“闭锁生态系统”）的想法，是K·3·齐奥尔科夫斯基第一个提出来的。他认为在宇宙飞行中应该再现地球上所发生的那种物质转变的基本过程，应该在宇宙飞船上创造人造大气。他说：“就像植物利用阳光净化地球上的大气那样，人造大气同样地也能够更新，它也应该和地球大气一样，维持人的生命所必需的物质——氧气和水——的循环，消除空气当中的碳酸气。”他认为应该确定植物的“足以满足人的呼吸和营养需要的接受阳光照射的最小面积。”
齐奥尔科夫斯基的想法现在已经得到公认，关于能够大量释放氧气和吸收碳酸气，同时又适宜于作为食物的植物的实验，已经在火箭舱里进行了。
水　液　培　养
齐奥尔科夫斯基建议在宇宙飞船上用液体营养物质来培养陆生植物。这种方法叫做水液培养。齐奥尔科夫斯基的后继者，著名的苏联科学家Φ·A·畅杰尔早在1926年就进行了含有人体排泄物的水溶液培养植物的最初的一些试验。他写道：“利用通气的办法，可以在24小时内将排泄物转变成为良好的肥料。在充满纯净的氧气和碳酸气这样的温室里，在行星际空间可以获得的高温下，可以期望得到极其丰富的产量。”
轻巧的航空温室
齐奥尔科夫斯基提出了在宇宙飞行中合理利用某些高产植物的意见。例如根据他的计算，在温室里只要一个立方米就能种出够一个人吃的香蕉。畅杰尔是最早进行这方面的试验的。他竭力想要通过试验替宇宙飞船的温室找到重量最轻的、富于营养的土壤。他的试验证明可以采用以合适的排泄物施肥的新“土壤”。
但是高等植物对于外界环境的变化有强烈的感应，它们在个体生长方面利用日光能的利用率比较低，替它们配制特殊的营养剂又比较困难，由此种种，在最近的几年里，不见得能够用它来维持宇宙飞船船舱里的正常的生物学环境。
在第二个宇宙飞船上，苏联科学家已经开始研究宇宙空间飞行条件对植物生命活动的影响。在飞船上因此带了玉蜀黍、小麦、豌豆、黑种草的种子，以及紫鸭跖草。
宇宙飞船里的藻类
许多研究工作者认为，要创造人的生命所必需的化学物质的闭锁循环系统，最有前途的是单细胞绿藻。它们对不良环境有着巨大的忍耐力和迅速生长的能力。在合适的情况下，某些藻类一昼夜之间重量能增加七倍！这是因为它们能比别的植物更好地利用日光能。据计算，藻类能将7％的日光能直接用来建造自己的身体，而大部分陆生植物对日光能的利用率不超过1％。更可贵的是，某些单细胞藻类很容易在人工培养液中养殖。它们在生命活动的过程中合成大量的蛋白质，以及脂肪和碳水化合物，还有许多维生素。有些藻类，例如小球藻，含有蛋白质50％，脂肪25％，碳水化合物15％，以及10％的无机盐类、其中包括重要的维生素A，B，C。
因此，藻类是很有价值的食物。不同的藻类，合成不同的蛋白质，而这就有可能保证宇宙航行家在长期的飞行中得到全价的蛋白质。
最后，藻类的长处还在于它能够充分利用动物和人所排出的物质，把它们转变为适合于作为食物的复杂的有机物。
在这方面的实验已经有了不少成就。例如，试验说明，230升小球藻悬浮液（浓度是每升10克），它所释放的氧气和增长的干物质，足够满足一个人对氧气和食物的需要。
在第二个宇宙飞船的船舱里就有小球藻，目的是研究飞行条件对它的影响。宇宙射线或者其他因素会不会伤害它？生物学家将要回答这些问题。
藻类的培养虽然在实验室里已经获得了一些成就，但在航空方面实地应用的问题却还没有解决。这方面的研究还只能说是刚刚开始，还有不少的困难。因为藻类的培养也和其他植物一样，要有一定的环境条件，要有合适的温度、一定强度的光照和一定组成的大气，而在飞行中这些条件却会有很剧烈的变化。
生物学的平衡
在宇宙火箭舱里利用植物的最大困难，在于必须在人和植物之间造成生物学的平衡。这就是说，植物的全部生命过程的节律要正好和人的生命活动的节律一致。例如植物的生长速度应当严格地服从宇宙航行家的需要。不符合这样的条件，就会产生严重的后果。
创造生物学平衡的系统，要求人和植物的呼吸具有一致的生物化学水平。也就是说，人吸收的氧气和排出的碳酸气的量，正好和植物吸收的碳酸气和排出的氧气的量相等。
同时，只把藻类作为食物，对人说来也是不习惯的。他将得到大量的蛋白质（50％），较少的碳水化合物（15％），除此以外，每天还要吃许多纤维素。人的身体能否适应这种情况，现在还不清楚。
由于单靠植物造成闭锁生态系统有很大困难，因此，有些科学家认为，利用食物的化学合成和生物合成相结合的方法来造成可靠的闭锁系统要现实得多。
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有机化学和生物学的成就，越来越加说明宇宙火箭舱里的闭锁循环系统是可以创造成功，实际利用的。但是这也不排斥这样的可能性：在遥远的行星际旅行中，由于当时火箭技术的成就，人们可以携带大量储备粮食，那时候在飞船船舱里只要再生产水和某些食物就成了。
（节译自苏联《科学与生活》杂志1960年10月号）