一、宇宙基地计划和它的概念
自从1957年苏联最早把“斯普特尼克1号”人造卫星送入太空以来，人类又经历了四分之一多世纪。这期间，以美苏为主的各国宇宙开发取得了日新月异的进展。尤其是美国，已分别完成了载人月球旅行的阿波罗计划、开发往返宇宙费用更低廉运输机的宇宙联络飞船计划，和建设有人宇宙实验室的热爱太空计划，苏联也有自己的礼炮计划。
这一系列的宇宙开发，是要实现人类能在宇宙中活动的宏伟蓝图，随着宇宙联络飞船的出现，更加速了这一进程。美国总统里根基于宇宙联络飞船计划的成功，发表了构成1984年普通教科书四根支柱之一的有人宇宙基地建设实施计划。这有人宇宙基地，预定从1900年开始，在46万米高空绕地球转的圆轨道上建设，在1991年到2000年之间启用，并将成为永久的卞宙基地。美国的这一计划与以往不同，它希望有更多的友好国家参加。在到1995年的第一期计划中，乘务人员为6 ~ 8名，主要进行各种基础实验和面向实用化的预备试验。对于这宇宙基地，打算宇宙联络飞船平均90天左右往返一次，以便交换乘务人员，补给食粮和燃料等消耗品，安装新的实验装置、
宇宙基地将拥有能进行数月乃至1年的长时期实验、人能时常观察和操纵实验装置、能利用较大空间等特点，并有可能进行迄今不能做的许多实验，特别是在宇宙农业实验方面，人类可以充分有效地利用宇宙基地的优点。
二、为什么要在宇宙基地上种蔬菜？
蔬菜是我们最为喜爱的食品植物之一。以蔬菜为主的地球上所有绿色植物都是吸收光能，并通过光合作用，最后从无机化合物合成出有潜在高能量的有机化合物（糖、淀粉）。动物食取这些有机化合物，通过体内氧化时产生的能量来维持自己的生命，并提供植物在进行光合作用时所需要的CO2。经过这样的循环，地球上的人类就能获得为生存所必需的氧、食物和营养素。在地球的环境条件下，对我们人类生存至关重要的这些生态平衡活动，都是在日常无意识情况下进行的。但是，在宇宙环境中，如果不借助提供维持生命所需物质的装置，以及保持所需温度和温度环境的装置，生物是不能生存下去的，1个人在宇宙滞留1年所必需的生命维持物质，如表1所示，大约为1，300公斤。用完这些生命维持物质后，花昂贵的运输费从地球上补给是极不经济的，所以希望尽可能在宇宙基地内进行循环和再生产。
另外，在到目前为止的宇宙开发中，选拔的宇航员都是经过特殊训练后飞往宇宙的，且滞留的时间也较短。因此，生命维持装置和环境保持装置仅限于满足人生存的最低要求，很明显，创造“愉快舒适”的环境没有考虑进去。然而，一旦宇宙基地建成，普通人长时期滞留宇宙的机会与日俱增的话，“愉快舒适”就会成为日益突出的问题。说一句“愉快舒适”很容易，可是要实现之，就必须综合考虑影响人生活的各种因素，诸如对维持生命极为重要的呼吸、饮食、排泄和温度、湿度等环境调节因素，以及视觉、听觉、嗅觉、味觉快感那样的精神卫生学因素。考虑这些因素，创造愉快舒适的生活空间，其大部分内容对由物理化学系统完成，至于饮食方面用生物系统比较优越。现在，简单的蛋白虽可用物理化学方法合成，但同生物产生的蛋白质相比，要达到能满足人口味的程度还需要相当长的时间。
从这样的观点来看，宇宙蔬菜工厂的意义就不言而喻了，它将成为提供新鲜食粮的愉快舒适的生命维持装置，在将来多数人有可能长时期居住于宇宙基地的场合，它还将成为构成以宇宙基地内物质循环为目标的封闭生态系的生命维持装置。进一步说，这些技术在不远的将来还会成为建设1 ~ 10万人规模宇宙集居地的基础。
三、宇宙基地蔬菜工厂的特殊性
宇宙基地蔬菜工厂与地面蔬菜工厂最大的不同，就是它处于无重力状态，其他还要看宇宙基地所处的轨道，有时昼夜周期不一样，有时甚至只有白昼。美国现在规划的宇宙基地是在46.3万米高空圆轨道上绕地球运转，昼夜1个周期变成94分左右，在赤道上空与地球自转同步的静止轨道上的宇宙基地几乎都是白昼，有时进入地球或月影（日食时）就变成黑夜。此外，宇宙基地接受的太阳光，因为没有大气的吸收，所以波长范围很广，这些情况在利用太阳光的系统中是必须考虑进去的。当然，还要有遮挡宇宙放射线的措施。
在周围接近真空环境的宇宙基地中，由于不能同外界进行物质交换，所以基地内使用的物质循环之后重新使用的情况很多。因此，要注意蔬菜类释放对人或其他生物有害的物质，要考虑有害物质在系统内累积之后出现危险状态的局面。
四、适合于宇宙基地蔬菜工厂的蔬菜
选择在宇宙蔬菜工厂栽培的蔬菜，标准是相对空间、能量和生长速度的效率、营养价值、味觉以及栽培的稳定性和安全性。特别在宇宙基地中，安全性是个重要问题。现在已知道植物至少释放200种物质，其中有的对人体有害，例如，水萝卜、西红柿、人参和马铃薯，它们都释放对人体有害的丙醛。另外，人体也释放约150种挥发性物质，有的妨碍植物生长。受美国国家宇航局（NASA）委托，“受控制的生物生命维持系统”调查研究会推荐就后面的8种高等植物进行研究，即：小麦、水稻、马铃薯、甘薯、大豆、翼豆、花生、莴苣和甜菜。此外有研究价值的还有芋头、卷心菜、草莓、洋葱和豌豆。
在下面介绍的宇宙农业实验中，根据以下标准，选择了莴苣、色拉菜和菠菜。这些标准是：
1. 味美；2. 对乘务员无害；3. 生长期较短；4. 光合作用的光饱和点较低；5. 大小适当；6. 能食用的部分多；7. 营养成分丰富，易于消化吸收；8. 地面生态清楚。
五、宇宙基地蔬菜工厂的实验计划
到目前为止，主要是美国和苏联，进行了研究宇宙环境下植物生态的小规模实验，农业规模的宇宙蔬菜工厂目前还实现不了。这里介绍的宇宙蔬菜工厂实验，是宇宙科学研究所和日立中央研究所针对美国宇宙基地计划提出的方案。
实验装置由培养植物用的人工气候调节器、太阳光集光器、光传送系统、计测和分析装置，以及作物收获后的贮藏库组成。设置在宇宙基地内的宇宙人工气候调节器，是一个双重圆筒形，其大小是直径1.5米×长3米。蔬菜栽培在设于内圆筒里侧的玻璃棉上，朝圆筒中心方向生长。使这内圆筒旋转，就能借助离心力随意产生人工重力。培养液通过毛细管现象由玻璃棉贮存供给。光合作用需要的光由设置在实验舱外部的许多凹凸镜片组成的太阳光集光器聚集，调节波长和光量，通过光纤维导向人工气候调节器，最后从圆筒容器中心呈放射状地照射周围的蔬菜。另外，在宇宙基地进入地球影子的夜间，也可以用相同的光纤维输送人工光线，增加照射时间，光合作用产生的氧使之同碳一起燃烧，变成二氧化碳后在系统中再循环。
表2表示栽培的规模和与之对应所需要提供的条在这实验规模中，每一作估计大约收作物43公斤。另外，在这实验中还考虑了直到收获种子的栽培天数。如果仅为提供食用，时间大概可以缩短二分之一。
[遗伝（日），1984年6月号]