欧洲天文学家已经计算出为几代船只提供船员所需的空间量——这是绕太阳以外的行星运行的诸多挑战之一。领导这项研究的法国斯特拉斯堡天文台天文学家弗雷德里克马林解释说：“以我们目前的技术，在不到几个世纪的旅行中到达系外行星是不可行的。

即使到达最近的系外行星——比邻星半人马座b——也需要大约6300年。

这远远超出了任何宇航员的生命周期，所以这艘飞船必须是多代的。

马林说：“原始人口会变老和死亡。“让他们的后代继续旅行。”

马林和他的团队对种群如何在资源有限的太空环境中进化和生存很感兴趣——尤其是当旅程是单向的时候。

他们之前计算了初始船员的最小规模，以确保他们的后代在没有遗传障碍的情况下到达另一端。原来，只需要98名船员就能保证6300年旅程的100%成功率。

但是几千年来你是如何养活这些船员的呢？

干粮是不可以的，因为太占地方，它的维生素会随着时间变质。国际空间站的宇航员目前每天消耗大约1.8公斤的包装食品。几个世纪以来，以这种方式向船员提供了数百万吨货物。

最好也是最明显的选择是在船上种植作物和饲养动物——基本上是经营农场。这不仅可以生产新鲜食物，还可以回收营养物质和粪便，产生氧气，并持续净化空气-使飞船成为一个封闭的生态系统。

农业系统已经在测试中。自2002年以来，在国际空间站的拉达温室里，植物一直在微重力条件下生长。

但是飞船的空间有限，那么要投入多少粮食呢？

Marin和他的同事使用了一种叫做HERITATION的数字代码来解决这个问题。他们估算了机组人员每年的卡路里摄入量，然后将其与现代农业技术设定的参数相结合，以预测所需的空间。

对于500人的杂食性食物，只有0.45平方公里就能满足他们的需求。这假设水果、蔬菜、淀粉、糖和油将通过气孔技术生产，这使植物能够在没有土壤的情况下生长，而传统农业将生产肉、鱼、乳制品和蜂蜜。

马林说，这一规模相当于联合国粮食及农业组织的预测，该组织指出，每人半公顷土地是包括肉类在内的可持续粮食安全所需的最低农业用地。

马林说：“我们的结果不仅包括航空过程，还考虑了微重力的影响。

加拿大圭尔夫大学控制环境系统研究机构的独立研究员迈克迪克森指出，以前的研究实际上提出的人均土地需求较少。

他说，每个面积只有75平方米，这“足以提供素食者生命支持系统的所有功能，这主要是由食物需求驱动的——水循环、二氧化碳产生和二氧化碳洗涤都是植物材料，是人类生命支持需求的两倍多”。

迪克森说，新研究计算出的更大需求可能是非植物性食物的需求——“似乎有点过度了”。

澳大利亚麦格理大学的合成生物学家布里亚多略伦特没有参与这项研究。他指出，“未来，我们很可能会开发农作物和微生物食品，以完全取代动物性食品的生产。用食用植物和微生物代替“食用动物蛋白”确实是可以预见的。”

他还指出，目前正在开发越来越多的作物。

他说：“看到这一估计将会考虑我们未来对农作物的估计有多有趣。

陆地面积并不是航天器粮食生产面临的唯一问题。以前已经证明植物在太空中生长得更慢。虽然它可以模拟地球的光、温度、湿度和二氧化碳，但重力和辐射很难控制，也没有得到广泛研究。

该工厂的科学家鲁佩什鲍德尔(Rupesh Paudyel)说：“在计划远航之前，我们似乎需要更多地了解植物和人类是如何应对辐射损伤以及其他一些事情的，比如微重力生长。英国利兹大学没有参与这项研究。

Paudyeul补充说，“我们还需要考虑植物从哪里获得氮和磷以及其他重要的营养物质。这些关键营养物质对植物至关重要，它们无法修复它们。在深空旅行中，我们需要考虑如何保持它们的供应稳定，以便植物能够继续生长。”

这项新研究也没有解决生命最重要的需求——水。食物可能很容易，但在宇宙飞船上创造一个可持续的水循环要复杂得多。这是马林和他的团队希望在未来解决的问题。

然而，没有一个估计是完美的，马林和他的团队很好地解决了这个问题。用于这些计算的数字工具HERITAGE特别有趣。这是同类中的第一个——完全专注于多代船的代码，调查它们的数学、生物、人口和统计可行性。

“代码包含了大量的生物、人口、人类学、物理和化学数据，这些数据是从人类科学以及和平号和国际空间站的研究中精心收集的。

它使用蒙特卡罗方法，这是一种采用重复随机抽样来测试场景的所有可能结果的数学方法 - 例如太空船员在几代人中的演变。

在这项研究中，Marin和团队通过将代码循环一千次来实现他们的预测，这相当于模拟一百万人的需求。

“为了提供全球发电船的真实模拟，还有很多步骤可以采取，”马林说。

接下来，他和他的团队的目标是通过包括群体遗传和突变将HERITAGE推向更高的地位。

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