洛克希德·马丁公司的“火星基地营”概念需要一种补充燃料和空气供应的方式。（来源：洛克希德·马丁） 太空飞行就像背包旅行。如果你沿途无法补充食物和水等必需品，那么你能走多远就取决于你能携带多少。在太空中，你还必须担心飞船是否有足够的燃料以及船员是否有可呼吸的空气。因此，一些研究人员正在研究一种他们称之为“人造光合作用”的技术——一种利用太阳光为长期任务产生燃料和可呼吸空气的方法。这个系统在某种意义上模仿了植物通过将光能转化为化学能并在此过程中产生氧气的自然光合作用方式。周二发表在《自然·通讯》杂志上的研究使我们离这个目标更近了一步。研究人员首次在外太空般的微重力环境中进行了光电化学实验——即利用光和化学物质的电学性质进行的化学反应。目前，国际空间站（ISS）已经安装了将水分解成氢气和氧气的系统，供宇航员呼吸。国际空间站还可以利用宇航员呼出的二氧化碳制造水和甲烷。这些系统的效率并非最高，但对于距离地球表面仅几百英里、定期从地球接收燃料和其他补给的国际空间站来说，它们运转良好。但更遥远的太空任务，例如绕月球运行的前哨站，或前往火星的旅程，则无法依赖来自家园的频繁补给。
放置在滴落舱中并从不来梅滴塔上滴落的实验可以体验 9.3 秒的微重力条件。（来源：Katharina Brinkert）
地球上的微重力
加州理工学院的化学家 Katharina Brinkert 希望应对这一挑战。因此，她和她的合作者设计了一个实验，在德国的不来梅滴塔内进行光驱动、生产燃料的化学反应。滴塔只能为科学家提供 9.3 秒的微重力。Brinkert 不确定他们的实验是否能在如此短的时间内真正奏效。Brinkert 说：“进行电化学反应已经很困难了。”“在 9.3 秒内进行……则更加困难。” 令人欣喜的是，实验取得了成功，Brinkert 和团队能够从水基酸溶液中产生氢气——一种宝贵的燃料来源。他们甚至为国际空间站水分解器有时遇到的一个问题找到了解决方案。由于浮力需要重力才能工作，在微重力水分解器中产生的气泡往往会粘附在电极的固体表面，而不是上升到水面，这会降低过程的效率。Brinkert 的团队制造了表面呈纳米级凹凸不平而非光滑的电极，并证明了气泡在凹凸不平的表面上不会大量堆积。
迈向太空飞行的一步
Brinkert 强调，尽管结果令人兴奋，但这仍然是基础研究，在实际应用之前还需要做更多工作。从长远来看，她设想与工程师合作设计一个能在微重力环境下工作的设备，该设备可以使用阳光从水中提取氧气并产生氢气作为可储存、可再生的燃料。她还希望像她一样的太阳能燃料研究者与太空探索研究者之间进行更多合作。“我们都对可再生能源非常感兴趣，”Brinkert 说。“我希望 [这篇论文] 能在两个社区之间建立某种联系。”“在长期的太空任务中，关键在于在飞船上创造一个人造大气，基本上就是大自然提供给我们的东西。我们很幸运，有树木和藻类等进行自然光合作用。所以我们希望做到 [...] 人造光合作用。”
