美国国家航空航天局（NASA）的雷·惠勒博士与电影《火星救援》中的马克·沃特尼有个共同之处——他们都是植物学家。但仅限于此，因为沃特尼是个滞留在火星上的电影角色，而惠勒则是现实中肯尼迪太空中心领导“探索性研究与技术项目”高级生命支撑技术课题组的植物生理学家。

惠勒说：“有关火星的电影和书籍传递出种植食物所涉及的生存问题。”NASA一直在准备太空发射系统（SLS）火箭和猎户座飞船进行未来的“探索使命-1”，同时，其注意力也转向探讨在可控环境下种植作物的可能性，当然，这种可控环境包括一直以来的深空探测目标——火星在内。

惠勒和他的植物学家同事一直在研究如何在地球之外安全、有效地种植新鲜农作物。最近，国际空间站的宇航员收获并食用的太空生菜就是来自于他们的Veggie植物生长系统。

惠勒从1988年就在肯尼迪太空中心工作，是帮助测试Veggie系统并验证其有效性的工作团队成员之一。由NASA小企业创新研究计划支持的“种植室”（Plant chamber）研究，通过了安全审查，满足了在太空中的低能耗和低质量要求。

然而，除了植物室，在地外星球种植农作物所需的元素还包括水、光线和土壤，以及帮助其生长所需的各种营养素等。

土豆是种植首选

什么农作物可以种植在太空中或者其他星球上？惠勒的观点是，土豆、红薯、小麦和大豆都是很好的选择，因为它们提供了大量的碳水化合物，而大豆还是很好的蛋白质来源。

拿土豆来说，它是块茎植物，这意味着可以在地下存储。惠勒说，土豆在获得等量阳光的时候，能够产出两倍于其他作物的食物产量。

目前，一种“后沙拉作物”正在研究中，它们是可以生吃的微加工食物类别。惠勒说：“你可以将种植的土豆、小麦和大豆之类的食品配上这种沙拉作物，就可以提供一顿完整的饮食。”

“提供食物是个很复杂的命题。”惠勒说，“我们必须考虑营养问题，哪些可以接受以及哪些品尝起来口感很好。如果没有人愿意吃，就毫无意义了。”

惠勒花了很长时间研究种植土豆的不同方法，很多研究在上世纪80年代后已经应用于佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地。惠勒的实验室于2003年迁往“太空生命科学实验室”，其中很重要的部分也于2014年迁往“太空站处理设施”，并成为肯尼迪探索研究与技术项目局的组成部分。

惠勒早期的土豆植物研究很多都在威斯康星大学完成。肯尼迪的植物学家利用这些基础的发现作为研究起点，其生产“诺兰红皮土豆”时借助了一个大型种植室。

水是宝贵的资源

在电影里，宇航员选择使用风化层或者火星土壤来种植农作物。而在现实中，火星土壤基本是破碎的岩石，缺乏维持农作物生长的大部分养分。

惠勒在土豆研究中做出众多努力，包括利用循环水在较浅的倾斜托盘中种植农作物。“对于土豆而言，它们不喜欢被淹没在水中的生长要求看起来很有趣，为此我们只需要保持供给很薄一层的营养水膜即可。”

根据惠勒的描述，他们的方法非常有效，推而广之还可以应用在很多其他作物上。但是航天器旅行到另一个星球上，可能会在质量和重量上有所限制——你无法将所有所需都打包带上，一些资源需要回收和重复利用。

肯尼迪探索研究与技术项目高级工程师鲍勃·穆勒说：“最近发现的火星水是一个重大进展。火星水或能被用于动力推进剂、维持人类生命和植物生长等方面。”但同时，穆勒也指出，这种水并不纯净，含有很多其他成分，高氯酸盐和其他杂质必须在使用前被清除或过滤掉才行。

惠勒说，在深空中旅行的一种情景，是宇航员带着水泵和肥料在受到保护的环境下栽种作物，而火星土壤要等到相应的系统得到扩展后才能被利用。

穆勒说：“毕竟在火星上种植不是一件小事。”

植物生长需光线

在地球上，光线是很充足的，但是到了外太空，作物生长利用直射的太阳光恐怕是个巨大的挑战。此外，在太空中快速生长的农作物也需要大量的阳光。

2007年，科罗拉多大学的研究生对火星表面的光线密度进行了图谱绘制。结果显示，这颗红色星球接收到的太阳光只相当于地球的43%，但在低纬度地区还是能够接收到足够种植农作物的阳光。

惠勒说：“火星有大量的沙尘暴，阻碍了大部分的光线，这一点必须考虑进去，尤其是在考虑利用光伏发电系统的时候。”