[科學新知] NASA為將來登陸火星的太空人研發食譜   [複製連結]

據介紹，美國太空總署需要為登陸火星的宇航員準備20,000頓正餐，不僅要保證食物輕便易於運輸，而且要達到五年的保質期。為此，科學家正在做包裝、保質等方面的實驗。

 

圖：宇航員正在用餐，留意掛在桌邊的各種餐具，以及各種各樣的調味品

 

圖：食物在失重的狀態下“翩翩起舞”

 

圖：宇航員正在國際太空站的廚房用餐

據《洛杉磯時報》報導，美國太空總署（以下簡稱NASA）約翰遜宇航中心的研究人員正為2030年登陸火星做太空食品方面的研究。

據介紹，NASA需要為登陸火星的宇航員準備20,000頓正餐，不僅要保證食物輕便易於運輸，而且要達到五年的保質期。為此，科學家正在做包裝、保質等方面的實驗。

據了解，曾被航天飛機和國際太空站的宇航員特別鍾愛、且能在一定程度上撫慰他們思鄉之苦的奶酪通心粉，已經被排除在菜單之外。主要是因為奶酪通心粉的透明包裝無法抵禦受潮和氧氣的侵襲，作為主要成分的麵團不具備足夠長的保質期。而改用金屬薄膜做包裝也行不通，因為金屬太重不利於運輸。

NASA太空食品技術主管米歇爾·帕卓諾克（Michele Perchonok）表示，“希望這一問題在2015年或2016年得到徹底解決。”

這是擺在米歇爾·帕卓諾克與她共事的15位食品實驗科學家面對的難題：為登陸火星的宇航員設計出一系列輕巧、營養豐富、味道鮮美而且保質期夠長的食品。

將人類送上行星際太空，NASA需要解決多方面的技術問題，其中包括，航空工程師必須有效控制“戰神一號”運載火箭發射時產生的劇烈震動；可用性專家必須設計出敏捷輕巧的宇航服；材料科學家必須研製出一種吸熱物質，吸收“獵戶座”載人飛船以每小時25,000公里的時速穿越大氣層時產生的巨大能量。雖然太空食品研究與以上這些火箭技術無關，但它給科學家提出個大難題，同時也是成功人類登陸火星不可或缺的條件之一。

可以想像一下，為登陸火星，需要一次準備6,570頓早餐、午餐、晚餐以及小吃，滿足六位宇航員三年以上的食物需要；保證每人每天3.2磅的食物量，比生活在地球上的美國人每天的平均食物攝入量少三分之一；而且還得保證每樣食物有長達五年的保質期。最後，還需要把它們運送到5.5千萬公里之外的火星上——要知道，那裡可只有極其簡單的廚房設施。

如此難題面前，米歇爾·帕卓諾克卻氣定神閒。在她看來，為宇航員登陸火星設計合適的菜譜，和許多需要解決的科學問題一樣，“我們總會找到解決辦法。如果解決不了食品問題，整個登陸火星的計劃就無法實施。我可不想背上這個責任。”

回顧一下太空食品的發展過程——美國第一代太空宇航員因為在太空逗留時間很多，根本不用考慮食物問題。後來飛行時間漸長，原先為U2偵察機設計的航空食品轉而用於供應宇航員。

曾在1960年代參與太空總署宇航員食品供給計劃，退休前供職於魯特格斯大學（Rutgers University）的營養與食品科學教授保羅·拉錢斯解釋說，“當時的太空食品那就是像牙膏一樣的蔬菜醬，簡單來說就像嬰兒瓶裝食品一樣。而且，早期研究的問題很簡單，主要是考慮食物是否會在漂浮；是否會誤入呼吸道等等。只要保證航天員不發生哽咽窒息的情況就可以了。”

到了阿波羅計劃，太空食品開始接近一般的日常食物，其中包括供應早餐的脫水香腸肉餅與什錦水果；供應正餐的肉醬意粉等。

發展到今天，太空食品更是日趨複雜。備受航天飛機和太空站宇航員鍾愛的太空食品包括幹凍鮮蝦盅；輻照鐵板牛肉以及耐儲存的櫻桃藍莓脆皮派等。

 

圖：宇航員在國際太空站用餐情景。幹凍鮮蝦盅；輻照鐵板牛肉都很受歡迎——但這些食物要上火星還未夠資格

 

圖：科學家正研究，是否可以讓宇航員可以在火星上使用營養液培植蔬菜和水果

當然，很多其它日常的食物還是讓NASA束手無策。例如，他們無法研製出符合失重狀態下的比薩，因為餅底與餡料的保存方式完全不同；也做不出芝士蛋糕，因為無法避免芝士在保質期內發生硬化。

雖然味道理所當然很重要，但對於遠在天邊，一時無法得到先進醫療照顧的宇航員來說，食品安全才是重中之重。

如今，NASA有多樣的措施，保證食物有兩年的保質期，以滿足國際太空站的需要。

其中包括：將煮熟的食物封存在柔軟的金屬薄膜內，並放置在工業用的壓力鍋內加熱。加熱過程產生的熱量能夠殺滅各種微生物，像罐裝食品一樣得以保存。

利用輻照的技術保存肉質食物，使之在常溫下保存兩年之久。

製作幹凍食物，由於乾凍脫水，使細菌和其它微生物無法繁殖從而達到保存食物的目的。這類食物在航天飛機上很實用，因為太空船的燃料電池會產生水作為副產品。但在火星上水的供應很短缺，使這一技術發揮作用的空間很有限。

現在研究登陸火星的太空，要求更長的保質期。

據估計，當地球和火星行至距離最小時，也至少需要6至8個月的時間飛抵火星。然後科學家大概需要在火星上逗留一年半的時間，等到下一次地球和火星行至距離最小時返回地球。如果國家航空航天局還要提前派送太空艙發送食物，那這些太空食品的保質期需要達到五年之長。

如今太空站的一些食物也許可以達到保質的要求，但要想保持原汁原味則不大可能了。

由於美拉德反應——醣類和氨基酸間發生的化學反應，經過複雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質——導致食物發黑，有時在罐裝或包裝食品也會發生。而少量的氧氣也會引起氧化反應，使食物發霉，並導致維他命和礦物質的流失。而少量的水汽又會引發微生物的活動，改變食物的顏色、味道和質感。

為了減緩無可避免的化學反應，NASA正在研究相對低溫的殺菌技術，以延長食物的保質期。其中最領先的是一種依靠壓力而非溫度的殺菌技術。

具體操作是：將食物封裝好之後，在250度下加熱三分鐘，然後將之放入鼓狀的容器內，往容器加水使達到每平方英寸有100,000磅的壓力，持續五分鐘就可以殺滅食物內所有潛伏的有害細菌。由政府、科研機構、工業研究員聯合組成的研究團隊前後共花了九年時間，使這一水壓系統能夠運用於低酸性的食物——此類食物往往最容易成為某類細菌的溫床。美國食品和藥物管理局二月時確認，軍方可以利用這一技術製作保質期長達三年的家鄉土豆泥，有關方面也正開始將此技術推廣到更多食品上來。

另一領先技術是結合微波輻射，將封裝好的食物放置於水中加熱五至八分鐘，遠遠低於普通的四十至六十分鐘的加熱時間。因為高溫加熱的時間大大縮短，使得食物味道更鮮美，還得以保存更長的時間。美國納迪克士兵中心和華盛頓州立大學的研究人員已經使用這一技術研製出與眾不同的土豆泥，正等待食品與藥物管理局的審核。同時，他們也正利用這一技術研製奶酪通心粉和雞肉麵團。

以上的技術都要求使用特質的包裝材料，保證在高壓下不發生磨損。金屬薄膜並不適合微波殺菌；考慮其重量也不利於運輸；而且如果在火星表面燃燒還會留下碎末。

無論最後研究人員研製出使用什麼樣的材料，都必須有效地保證食物不受水分和空氣的侵襲。

米歇爾·帕卓諾克團隊負責包裝材料的研究員湯姆·奧齊奧梅克，目前正在測試一種新型的塗有一層氧化鋁納米的聚乙烯材料。該氧化鋁層能夠和金屬薄膜一樣起到保護隔離水分和空氣的作用。這種高科技的塑料能夠使食物的保質期達至18個月。這對登月計劃是足夠了，但對於登陸火星還遠遠不行。

米歇爾·帕卓諾克表示，現在還不清楚登陸火星的宇航員是否會擁有一個太空廚房，通過加冷水或熱水或者使用簡單烤箱加熱食物。可能會有簡易麵包機，或者一台多功能設備可以將黃豆加工成食用油或者豆腐，將小麥加工成麵團和早餐穀物。

只有確定了合適的食品保存與包裝技術，太空食品專家才能著手研究菜譜，修正舊有的太空食品菜譜，並創作新的菜式。看看他們的實驗室，真有點像家政課堂。不同的只是這裡有各種儀器，包括真空適度分析儀、PH值測量儀、色度計、質地分析儀、黏度計等等，以及一個巨大的保質期測試室。米歇爾·帕卓諾克預計2013年將可以開始著手具體菜譜的研究。

同時，科學家也在衡量為宇航員食譜增添新鮮水果和蔬菜的可能。太空總署1960年代首次在太空實種植物。佛羅里達州肯尼迪太空中心的一個研究團隊也在研製一個半球形空間，使宇航員可以在其中用營養液培植萵苣、土豆、胡蘿蔔以及綠洋蔥等。

米歇爾·帕卓諾克還表示，“如果最後真的沒有辦法排除使用金屬薄膜，那我們只能強調它的多功能用途，例如，可以用他們來保存火星的泥土樣本。”最後甚至半認真半開玩笑說，“甚至，用它們來儲存髒衣服也行嗎！”