主持人(加里·乔丹)：休斯顿，我们有一个播客。欢迎收看美国国家航空航天局约翰逊航天中心的官方播客，第312集，“植物水管理”。我是加里·乔丹，今天由我来主持。在这个播客中，我们请来了专家、科学家、工程师和宇航员，所有这些都是为了让你知道人类航天世界正在发生什么等等。我们知道植物可以在太空中生长。这是一种需要理解的非常重要的能力，特别是对于进入深空的任务来说，能够用一些新鲜营养物质补充预先包装的食物。既然我们知道我们可以种植植物，科学家们正在寻找使植物生长更有效率的方法。我们通过在太空中种植植物发现了一件事，那就是根的生长方式不同。不是典型的“向上是天空，向下是太空的土壤”。尤其是植物的根，可以以奇怪的方式生长。因此，科学家们正在研究的一件事是确保这些根在发芽到收获过程中获得足够的水合和通风。科学家们正在研究一种水培方法，这种方法可能有助于国际空间站上的植物在太空中更好地生长。这是一个有趣的解决方案，而且足够有趣的是，不使用真实的植物作为实验设计的一部分。搭载SpaceX CRS-29到空间站的货物再补给任务是这次实验的第五和第六阶段。帮助描述这一切的是自2019年该项目开始以来一直参与该项目的首席研究员Mark Weislogel博士，他作为俄勒冈州IRPI LLC的首席科学家与我们聊天。好了，我们开始吧。主持人：Mark Weislogel，非常感谢你来到休斯顿，我们今天有一个播客。有你在真好。Mark Weislogel：很高兴来到这里。主持人：嘿，我们将谈论这个奇妙的实验，植物水管理，它已经在空间站进行了很长一段时间。它一直在进化。这是一种非常有趣的方式来探索这种植物在太空中发生的现象，你知道，这其中有很多东西。我会让你描述得比我好得多。但我想要开始，马克--我通常在我们开始的时候都会和客人这样做，我们从你的旅程开始，只是了解你是如何走到今天的位置的，是什么让你对植物生物学感兴趣，并最终以你的方式在太空做实验。我想知道这一切是从哪里开始的。如果你能带我们经历一段小小的旅程，看看你对所做工作的热情是如何在你的童年时激发出来的，以及你是如何走到今天的道路的。马克·魏斯洛格尔：好的。这一切是如何结合在一起的，这是相当独特的。我对植物一无所知，除了过去几年学到的东西。所以，我的职业生涯是从研究生开始的，当时我看到了NASA关于液体在太空中作用的一些演示，我看到了气泡--巨大的气泡--和巨大的水滴。水滴没有下降，气泡也没有上升。我只是在想，那是另一个世界。这是一个美丽而又奇怪的故事。我觉得这很巧妙。我也想这么做的。所以，在我生命的前10年，我实际上在NASA找到了一份工作。然后获得了博士学位，并继续在这一领域进行落塔实验、实验以及飞机和宇宙飞船，所有这些都是关于液体的。所以只有低温储罐，液体燃料，液体冷却剂，水处理，诸如此类的东西。与植物无关。但合并发生时，工厂员工，你知道，他们必须开发浇水系统，希望有一天自动浇水系统和东西。然后突然之间，与其说是植物的行为，不如说是液体的行为，液体如何被输送到系统。而且还有各种各样的问题。各种各样的气泡问题，各种各样的水滴喷射问题，各种各样的浇水问题。因此，浇水过多很容易导致植物死亡。给它浇水很容易杀死它。当你不知道重力在哪里，或者你不能控制液体在哪里时，你就会受到很大的伤害。因此，植物在太空中的表现相当不错，因为它们得到了工作人员和宇航员的照料，而且一直都在变得越来越好。他们有一些很好的作物出来，但这并不总是因为我们了解液体是如何表现的。这就是我们参与其中的原因。Mark Weislogel：几十年来，NASA继续在太空中进行低重力流体研究。在那里学到的是现在真正能够提供真正的解决方案。所以现在它们被应用到植物浇水这件事上。这就是碰撞发生的地方。现在我要快速了解植物和植物根部在太空中的行为，并尝试提供类似于利用液体性质的解决方案，而这是你在地面上做不到的。我可以一边走一边描述这些。主持人：是的。太好了。以及N我认为这是一个非常重要的区别，就是你的专业知识，你的热情真的不一定是由植物引发的，而是与水以及水在微重力环境中的行为有关。这是一个非常独特的实验，因为植物当然需要水。太空中的这种相互作用是非常独特的。不过，我想要那个泡沫。在太空中看到一些东西，看到一张图片，看到水在太空中的行为，然后说，“是的，这就是我想要献身的事业。”这是一件非常独特的事情。是不是真的像这样的瞬间，就像你看到一些迷人的水的视觉效果，你说，“我想知道它是如何工作的。”事情真的是这样吗？Mark Weislogel：事实的确如此。NASA格伦研究中心有一位名叫约翰·麦克奎伦的研究员。他驾驶一架LearJet飞机在高层大气中飞行这些低重力抛物线。当我看到这一切发生的时候，我觉得这太酷了。我的职业目标变成了对这份工作的描述。结果我成了他十年的办公室伙伴。所以这是一个非常幸运的情况。主持人：哦，哇。嗯。激励你的那个人，你可以和他一起工作得如此密切。为了更好地了解液体的行为，你们在一起做了哪些事情？马克·魏斯洛格尔：好的。有一种叫做两相流的东西。这是一个气体和液体流动的地方。在地球上，没有问题。液体在底部，气体在顶部，它们流动得很好，对吗？就像湖一样。但如果没有重力，现在湖水就会变得一团糟，你知道，它会慢慢消失。然后，你知道，巨大的气泡就会形成，液滴就会出现。当气泡破裂时，它们会把大量的水滴散落到各处，巨大的水滴。然后第二天醒来，液体就不在你放的地方了。怎么会这样?因为有推进器在空间站上发射，或对接，或宇航员启动了实验或诸如此类的事情。或者是润湿条件的改变。你知道，突然间，一些生物膜形成了，所有的液体都被吸走了。因此，现在你认为液体可以让植物保持浇水，但事实并非如此。你认为气体应该是保持树叶和茎干干燥的地方，但事实并非如此。这就是一个问题。我们一直能够相处，但开发的系统必须适合于自动植物栖息地或无人看管的植物栖息地，或在没有工作人员的情况下绕月或在前往火星的途中，或者尽量不让工作人员一直工作来保持植物的存活。在这些情况下，我们需要很好地控制液体的行为，这样它们才能生长。主持人：对。Mark Weislogel：是的。主持人：是的。嗯。你想要，在某种意义上，我想，这是控制。你想对液体发生的事情有更多的控制，因为有所有这些因素，有这些东西-Mark Weislogel：是的。你想要被动的控制。它在地球上的工作原理是，你有一个喷壶，你只需把它倒在植物上，让它做它自己的事情。水进入土壤，提供营养、通风和液体的适当平衡，你知道，这类东西给植物。当液体被吸入工厂时，水位会下降。这在太空中是不会发生的。那么，我们如何在灌溉系统中建立越来越多的被动机制，以便我们模仿地面上发生的事情？至少要模仿，但不能杀人。我的意思是，因为在低G下，很容易有浇水系统吸到植物周围，用脱氧水包围它，植物就会缺氧，长出黑色霉菌，或者只是叶子被浸泡在液体中。因此，这其中有很多问题。主持人：哦，好的。所以这就像你在说植物可以挂在水里一样。水被困在植物的根部，从某种意义上说，它几乎窒息了植物。马克·魏斯洛格尔：没错。主持人：好的。所以你需要-Mark Weislogel：所以我们的事情是用这些在地球上不太明显的其他较弱力量的作用来取代重力的作用。喜欢液体的表面张力，喜欢液体对容器和植物的润湿条件，喜欢容器的形状。这就像花盆的形状可能是太空中最大的东西，它看起来与地球上的非常不同。主持人：好的。非常有趣。如果你要--你知道，我们，我们在音频媒介中，所以可能有点困难--如果你尽可能描述植物在地球上通常是如何形成的，以及那些微妙的变化，就像你在理解这种现象时所说的那样困难，植物在太空中生长时发生了什么？马克·魏斯洛格尔：好的。这实际上是我们的未知数。因此，一些植物向着光的方向生长。M他们中的大多数都是这样的。有些是沿着重力矢量的方向生长的，诸如此类。对我们来说，是容器的形状以某种方式提供液体，这样植物就会获得合适的充气液体，它覆盖的是根而不是茎和叶，并掩埋植物和液体。例如，我们正在研究一种水培方法。你可以想象一下，在地球上的水培中，液体在这个通道中流动，重力将液体保持在底部，植物正常生长，一切都很好。但在低G时，液体会流向哪里？它是不是在植物茎周围翻滚？它是不是满了？它是在吸食汽油吗？真是一团糟。它可能是一团糟。因此，我们正在设计特殊的容器，将液体沿着流动的方向输送。没有一两张照片是很难做到的。但基本上，液体是沿着通道流动的，不一定是因为重力，液体是这样的，但它是表面张力和润湿力，以及现在通道的形状。所以我们要尽最大努力。现在我们已经取代了重力。我们还有其他的东西。我们拥有渠道的形状、润湿力和表面张力，可以做地球上重力所做的事情。太棒了。问题是，植物要做什么？不同的植物会做不同的事情。我的主要意思是，在低重力环境中，植物的根是如何对所有这些力做出反应的？你知道，他们是不是发疯了？它们会像在地球上那样编成辫子往下游走吗？你知道，他们去了哪里？这就是为什么在低重力下进行测试的原因，现在我们使用的是人造根、茎和植物，但最终我们希望在那里有完整的植物，以增加植物如何反应的最终不确定性。我们知道不同的植物会有不同的反应。我们正在与NASA的植物生理学家合作，特别是在肯尼迪航天中心。这些人对此有丰富的信息，但这仍然是未知的。所以我们也可以解决液体问题，或者我们认为我们可以，但把它放在植物里，放在低重力下，根部会发生什么？这整件事是怎么回事？这还不得而知。主持人：好的。嗯。这就是为什么。所以你在这里描述的是我们正在进入植物水管理，这里的调查。当你描述这种方法时，我想知道，因为这个实验有趣的一点是它的演变。我们有植物水管理，接下来是5号和6号货物再补给任务。但之前有过这种情况的变体，我想知道当你试图提出不同的解决方案以了解事情的反应时，这些是什么样子的。你在进化容器的形状和水培的机制吗？事情是不是在演变，看看它是如何相互作用的，而你只是改变了水管理的供水方法？或者，你正在重复一个类似的设计，从植物水管理实验到实验？Mark Weislogel：是的，我认为你最好地抓住了实验的进化本质。这些既是科学实验的结合，也是技术示范或工程开发类工作。所以我们已经看到了这个。做第一个实验是因为，嘿，这可能吗？而且有很多，不，它不是，而且它不安全。这些都是开放的渠道。水培通道是一种开放的通道，在空间站有一个开放的通道，你知道，嘿，液体会到处都是，你会有水滴之类的东西。它漏水了，而且一团糟。我的意思是，在房子的地下室里种灯，你知道，那里一团糟。到处都是土，到处都是水。你知道吗，这里一团糟。嗯，你在太空里是不可能有这种感觉的。我们的目的是证明你肯定能做到。所以最初的几个实验是为了证明，是的，我们可以控制液体，我们可以安全地控制它，它可以被碰撞，你可以对它进行各种扰动。液体会留在原地。然后我们在那里用假植物做了一系列的实验，这些植物正在抽出液体，然后把液体蒸发起来。所以它看起来就像蒸散。它看起来就像植物做的一样。但我们对它进行了数学建模。这是设定的流速。这是蒸发率，这是吸收率。嘿，好吧，你知道它起作用了吗？下一步，开发被动输送液体的系统准备，当工厂将水蒸发出渠道时，不断向水库输送液体。因此，这些东西正在开发中。然后，下一轮是一个高度发达的系统，具有超级疏水表面和被动气泡管理和被动气泡曝气，以及所有这些东西，这些都是这个完全被动的水培供水系统所必需的。这是一种方法，对吧？你可以有植物介质，你可以给土壤浇水，或者你可以浇水，这就是所谓的潮起潮落。有所有这些不同的东西。而我们的系统在某种程度上实现了其中的许多系统。所以我们可以测试很多东西。我们正在做的是，我们正在推动该方法的技术准备水平，以便它能够真正自信地处理真实的工厂。主持人：是的。你已经提到过这几次了。所以，让我们关注一下这个问题。这是一个实验，你如何进化设计，看看这些植物是如何与你的解决方案相互作用的，你一直在使用，你提到过几次，模拟植物。所以当你试图想出，好吧，什么是材料，什么是我们可以实际使用的模拟物，它将模拟植物和根的行为，并真正给我们提供我们需要的数据，以得出一些可信的…你是如何得到你最终得到的解决方案的？Mark Weislogel：好的，我提到的一件事完全决定了当重力消失时液体的去向是几何。所以我们的渠道的形状有点像一个楔形渠道。它有一种自然的倾向，就是从里面冒出泡沫。所以，如果你看到一股有气泡的水流穿过，你会看到这些气泡在通道中上升，并在自由表面破裂。这不是因为重力。这是因为这条水道的形状很奇怪。以及这些气泡被表面张力驱离通道底部的事实。所以这是一件很奇怪的事情。在那里放一个根部结构。根部结构现在将完全改变几何体表面、块或表面、芯子结构，并显着改变液体的行为。所以我们模拟了根的结构，看起来就像一个发芽的根，一个更大的，一个更大的，一个巨大的填充整个房间。类似的情况发生在水培植物的生长末期。植物生长过程中的这些变化完全改变了你解决液体管理问题的方式。我知道没有一两个草图就很难解释，但这就像是说，当植物发芽时和完全形成时，你有一个不同的容器。因此，你必须有一种解决方案，可以被动地对植物生长过程中的几何变化做出反应。非常奇怪的事情发生了。你只有一个发芽植物的根。你排干容器，树根粘在墙上，你把容器淹了，它又回到了墙上。在这个过程中，它实际上是在变化的。它可能会流向下游，堵塞出口处的洞口。但它也可以逆流生长，堵塞入口处的洞口。你的设计如何适应这一点？所以这就是这类事情。所以我们去了Hobby Lobby，挑选了一种特殊的根状吸管结构。然后我们做一根茎，我们做一条路线，它有相同的属性，相同的润湿属性，相同的吸湿性，以及类似的几何形状。我们在地上种植了一束植物和这些试验细胞。我们做了所有这些分析，计算了根部需要多密集才能将它们分开，建造它们，所以我们得到了相当好的东西，它只是标准材料，对空间站来说检查这些模型和液体的行为是安全的。主持人：有道理。好吧。嘿，让我们更好地了解一下这件事的一些问题是什么。我们试图把它带到尽可能高的水平，真正帮助我们消化我们正在努力解决的问题。其中之一，你提到过几次，这是一个被动系统，对吗？所以，当你试图捕捉什么是被动系统以及为什么这对设计很重要时，我想你提到的其中一件事是关于在太空中进行的植物实验，这些实验需要大量的工作人员时间和浇水等。那么，研究被动式设计有什么重要之处呢？Mark Weislogel：嗯，在太空中种植植物有很多原因。其中之一就是船员。一些工作人员特别喜欢与他们互动。它听到的是回到地球之类的东西。但总会有这种对自动化系统的推动。机组人员的时间是如此宝贵，被用来做其他事情就是竞争。它为这段时间而竞争。因此，你可以想象一颗卫星被送入绕月轨道，而没有任何机组人员。当机组人员到达时，你希望这些作物准备好收获或做任何事情，无论用这些植物做什么，你可以用它们来振兴空气和食物，你知道的，就是一大堆东西。在地球上，我们只是真的习惯了重力扮演的被动角色。尤其是对于水培，液体被注入上游，重力将其拖过海峡底部，然后它落入一个腔体。它冒出气泡，自然曝气，那个循环乐重申，我们对此已习以为常。嗯，工程师们希望在太空中也能有类似的东西。所以这是一个被动的系统。有一个泵来输送液体，但是重力使液体流动并给我们提供氧气。将水滴入液体浴缸中会产生所有这些使液体充气的气泡，但重力会自然地将所有这些气泡分开。气泡上升到顶部，液体下降到底部。瞧，我们仍然可以百分之百地吸收锂的液体，然后把它送回海峡。在太空中不是这样，你在太空中这样做，你会制造一种泡沫状的东西，你永远无法接触到液体，你会向上游喷射气泡，你知道，这是一片混乱。那么如何做到这一点呢？所以我们的目标是使用几何图形，管道的几何图形，阀门和配件的几何图形，主通道的几何图形，水培通道的几何图形来为我们做被动分离。这些技术已经被开发出来，你知道，部分用于火箭上的液体燃料，液体冷却剂和散热器，空间散热器等。但它们还没有被大量应用于植物浇水。现在是时候了，这是可能的。这就是我们正在做的事情。我们正在将这项技术应用到这些问题上，试图解决所有这些问题，这样自动化系统就可以上升，拨动开关，启动系统，使植物发芽，并以正确的方式提供适量的液体，就像他们在地球上所做的那样，但从地面以一种自动化的方式。主持人：这就是诀窍。在重力帮助你解决地面系统问题的地方，你正在寻找那些力。听起来表面张力在设计中起着非常重要的作用，在地球上，重力是设计系统的主导力量，而不是在太空中。因此，当你看到一个被动设计的东西时，表面张力是其中一个驱动力。你提到了一些有趣的事情，使用疏水表面，你提到了很多设计中帮助你管理水的部件。我想知道，如果我没有读错，表面张力是否是帮助你进行设计的重要力量之一，或者是否有其他我没有真正解决或错过的力量。马克·魏斯洛格尔：不，表面张力是主要的作用力。但是，表面张力根本无法起任何作用，除非有某种有利的润湿条件。所以它是表面张力与润湿相结合，然后在一个更复杂的，但同样重要的作用是几何体系。例如，如果你只有一个立方体，你就无法控制。但如果你有锥形金字塔之类的东西，你就会有。因此，表面张力、润湿和容器几何形状等因素导致了这种情况的发生。现在，在地球上，你把一根管子插在水里，它会抽出一小段距离，然后停下来。这是因为重力限制了这种流动。但在失重状态下，它将永远保持原状。因此，你可以被类似的事情烧毁，也可以利用这一点。我们正试图做到后一种。主持人：利用。我明白了。好吧。所以，当谈到你提到的几件事时，你刚才提到了如何给太空中的植物浇水，对吗？有一种现象是，由于表面张力，水会粘在根部，你知道的，几乎，你知道，窒息或淹没它们。你还提到了如何处理气泡，并想出了一种被动的方式来移动气泡，几乎就像你在地球上经历的那样。所以让我们花一点时间来关注气泡如何在确保这一点上发挥作用--因为我认为这是实验设计的一部分，你要处理的是水合和充气。因此，显然，控制和管理这些气泡是成功管理植物获得多少水的重要组成部分，对吗？那么，气泡是从哪里进入你的设计的呢？Mark Weislogel：好的，所以一个典型的水培水道看起来几乎就像一座房子的排水沟。它有一个矩形的底座，而扁平的底座没有。这很好，因为注入到通道中的气泡会上升到表面。他们离开了。那好吧。在太空中，情况并非如此。如果你有一个长方形的通道，你有气泡，它们会穿过液体，在某个地方积聚，也许会把液体从通道中排出，它会散布到各处，这是不好的。不仅如此，一个巨大的气泡可能会在根部周围形成，然后窒息，你知道，基本上使根部干燥。因此，这也不是有利的。但现在，我们使用了一种最简单的方式就像一个三角形底座的通道。就像一个楔子。因此，底部的气泡实际上是被楔子外的表面张力赶走的。因此，泡沫是一种自然的趋势即使在低重力的情况下也能“上升”。因此，它们可以从液体中升起，在遇到根部结构之前离开，甚至在根部结构内。所以我不知道这是否足够清楚，但有一种机制可以仅通过通道的几何形状来消除气泡。因此，这是这一过程的第一次突破或第一次应用。但之后呢？好吧。所以，不管怎么说，你不会喜欢渠道里的气泡。因此，这就像是一个后盾。因此，如果你无意中得到了气泡，频道可以某种程度上照顾到它们。但我们需要给液体充气。所以我们使用一个充气系统来产生气泡，然后我们使用特殊的设备，比如流体，毛细管，流体设备，然后在上游对这些气泡进行被动分离。所以它就像上游的一个气泡过滤器。因此，我们实际上还有其他设备在排队。这就是我们的实验要证明的，你可以处理。因此，如果你故意通过曝气或偶然摄入产生气泡，你就可以摆脱它们。泡沫可以--有很多关于它们的说法。我的意思是，就像我之前说的，我对它们着迷，因为在低重力下，它们的运动方式不同。它们是巨大的。当它们破裂时，它们就会喷发。我的意思是，当它们破裂时，它们会形成薄膜，释放出水滴。当地球上的气泡破裂时，你看不到它的发生，因为它太快太小了。但在爆裂时发生的事情是，有一个波浪在破裂的泡沫周围反弹。它形成间歇泉，喷出大量的小水滴，这就是地球上的东西。如果你想用高速视频显微镜摄像机，你可以在YouTube上看到这类东西的视频。好吧。但在太空中，这些水滴是巨大的。所以，如果你的管道里有气泡破裂，你最终会把所有的液体从容器里喷出来，否则它会变得一团糟。知道了这些东西，以及在微重力环境中是如何发生的，我们就会用这些超级疏水材料建造墙，这些材料会把液体反弹回液体来自的地方。所以有一堆像书呆子一样的流体力学东西被内置到这个工厂里，让它工作。令人惊讶的是，仅仅是为了让它表现得像重力机器人一样，它就需要这么多。因此，你在地球上种植的植物就像你希望在太空中拥有的植物一样，拥有一个几乎被动的系统。你只有一个打气筒。主持人：你所拥有的只有一个水泵。有意思的。好吧。所以，这里有更多关于气泡的信息。你还谈到了曝气。我想知道，通风对植物的健康是不是很重要？它在被动式设计和实际的水流中是否也起到了作用，因为你谈到了引入气泡，并确保水流是受控的和可预测的？也许两者都有一点，但当谈到用疏水方法给植物浇水时，曝气有什么重要的？Mark Weislogel：是的。所有植物的根部都需要一定程度的氧气才能茁壮成长。所以他们需要营养水和合适的氧气。所以你需要提供充气水。现在，在低重力的情况下，这是相当困难的，除非你有充气水输送。最终氧气从液体中扩散出来，你就会得到氧气匮乏的水。在低重力的情况下，液体会在根部周围形成球状，然后使植物窒息。不是因为它没有从水中获得营养，而是因为它没有得到任何氧气。然后，他们遭受所有的低氧后果，对工厂。所以你必须输送含氧水。所以我们有一个被动曝气系统，它位于水泵的上游。当水泵运转时，正在将大量的氧气吸入水流中。不幸的是，你为什么要这么做？你刚刚制造了一堆泡泡。这是太空中的灾难。但我们已经开发了这些位于频道上游的设备，对于我们引入的气泡的频率、大小和密度，我们可以过滤这些设备。然后百分之百的气泡进入，百分之百的气泡在通道之前出来。现在你有百分之百的氧气饱和水，充气水，基本上是用于工厂的。现在你已经解决了这个问题。这是绝对不可以的，我想是10年前的事了。不行。那是不可能的。你只是在引入灾难。但同样，由于NASA一直在进行的研究，现在有可能，事实上，有了边际，你知道，让系统以这种方式工作是非常可能的。主持人：是的。太让人吃惊了。进化论和持续不断的科学让科学家们说：“嘿，也许有一种方法我们可以做到，我们可以做到这一点。”好的，我们现在讨论的是曝气，我想转回来，因为你也提到了这一点，当谈到你的特定实验的设计时，我们已经谈论了很多关于水和实际输送机制和曝气的几何形状。你说得对，没有视觉是很难做到的，虽然在我们的S如何注释，我们将尽可能展示更多的视觉效果，以帮助那些想要去查看这个实验是如何设计的听众。但有一点很重要，你知道，你提到了营养素，而这个特殊实验的部分设计没有土壤。所以这些营养物质不是从尖端来的。当你想到在地面上生长的植物时，你不仅仅是把它们种在地上的泥土里。这是无土的。所以你说的是含氧水。你谈到泡沫，谈到水。如何在水培设计中引入营养成分？马克·魏斯洛格尔：好的。在NASA肯尼迪科学家的帮助下，有几种不同的方法可以做到这一点。我们计划这样做的方式是有一个储液器，液体在那里流动，它有一个填充的床颗粒。这在地面上也是非常普遍的。而且他们有一个时间释放。当液体在床上流动时，它会以植物可以处理的速度慢慢地溶解养分。因此，这就是目前的被动方式。那里的释放剂，那里的营养颗粒，是在地面上开发出来的，然后再飞起来。这就是我们的计划。主持人：是的。水通过这些营养物质，然后将其直接输送到植物。我猜那是一种消耗品，对吧？你只能得到这么多的营养，然后你可能需要更换，或者你需要继续补充或提供营养包或其他任何东西。马克·魏斯洛格尔：没错。然后它们最终完全溶解，你只需更换那个墨盒。主持人：更换墨盒。好吧。所以，再一次，最大限度地减少工作时间，当涉及到工作时间和这种浇水植物的设计时，你就是在更换墨盒。这是否将工作人员与实际给植物浇水的互动降至最低？他们还必须做什么？Mark Weislogel：嗯，是的。摄制组可以做很多事情。我的意思是，他们当然可以收割，也许是修剪，你知道的，只是偶尔检查一下，但最终你可以想象每一棵植物上都有一个摄像头。你知道，这些摄像头非常小，你知道，每个植物上都有一个摄像头，而且它是从地面上监控的。所以你的园丁在地球上，你知道，这就是我所想象的。但也许有一种完全自动化的模式。你刚说完就忘了。但我可以想象，科学家想要看着这种作物从地面上生长出来，所以我想象了一下。你可以这样做，负担得起，如此安全，所以肯定每一种植物都有自己的摄像头。这些图像每天或视频都会出现，这取决于你想要什么。主持人：好的。嗯。那么，这个实验又如何呢？您如何获得所需的数据？你的实验上有摄像头吗？有没有测量氧气水平或类似东西的仪器？你们有什么乐器？马克·魏斯洛格尔：是的。这是最棒的部分。这些实验是在开放实验室中进行的，被称为MWA。MWA是维护工作区，基本上就是一个工作台。他们布置了管道，安装了摄像头，设置了照明。然后他们打开水泵，调整这个，再调整那个。我们得到了这张所有东西的美丽高清图像。因此，一个视频，现场视频，从太空下来，给我们提供了流量，给了我们气泡速度，气泡大小，气泡分布，液位，你知道，它给了我们一切。所以这是很棒的。我只是猜测，我们从一段视频中测量的参数可能有十几个左右。然后我们就和船员们一起工作。我们正在与他们讨论，我们可以适应新发现，我们可以适应脱离名义的行为。而这些实验，在很大程度上占用了我们所获得的机组时间，已经非常成功。他们总是加入更多的科学知识。他们总是有能力做一些新的东西，因为你可以使用它。因此，这一切都有所不同。主持人：哦，好的。所以这听起来像是这个实验的设计是你有跑步。所以你设定了一个时间，在这个时间里，它不仅仅是不停地流动。你设定了一个时间，在那里你想看看它是如何流动的，你可以与宇航员互动，进行实时交流，但你在设定的时间段内做到了，对吗？这就是它的运作方式吗？马克·魏斯洛格尔：是的。通常情况下，我们的做法是一天设置好，然后第二天我们启动系统并开始运行。我们已经连续几天每天手术8到12个小时。然后我们通常换出测试单元，一次又一次地做。事情就是这样的。主持人：测试单元是什么？你换的是什么？Mark Weislogel：我们可以改变测试单元的管道方式，我们有串联的水培通道。那么它们是平行的。我们有一些人可以接触到这些被动储水池，一些人可以接触到这些被动气泡分离器。所以有一堆不同的几何学东西需要在这两者之间进行测试。然后我们改变植物的根模型M个将通道完全填塞到更能代表萌发植物根的通道。因此，有更多的东西需要测试，而不是可能测试的。但我们有为这个最优集合开发的船员程序。然后我们就可以从那里出发了。我们有额外的程序，基本上在机组人员程序的附录中。如果我们有更多的时间，我们会去看的。如果灾难来袭，我们可以恢复。我们总是能够从硬件中获得比计划更多的东西。主要是因为与机组人员互动的灵活性和他们的能力。主持人：参加这个实验真是太棒了。你以如此大的灵活性将东西送入太空，在一次实验运行中，你说，“嘿，我们来试试这个。让我们试一试，让我们试一试。“这可能是水流的方式，也可能是你想要尝试的植物类型。它可以是处于生命周期不同阶段的植物，从萌发到收获，无论是什么。一项实验中内置了如此多的灵活性。那真是太棒了。Mark Weislogel：没错。美国国家航空航天局并不一定喜欢这样。在船员程序中会有一个特定的地方，船员们正在努力工作，我们正在与他们交谈，那里真的很含糊，因为我们知道我们不知道前面会发生什么。因此，我们正在尝试一些东西，但这是新的。一场新的示威。那好吧，你知道什么？液体破坏了薄膜的形式，甚至不能做我们预期的事情。于是我们有了这样的想法，“哦，打开那个阀门。做这件事。就像这样换泵。但NASA需要知道，这是一个非常有成效的时间，因为那是你真正学习新东西的时间，你会说，“哦，难怪我们在这个领域工作了几十年，我们仍然会感到惊讶。”当我们感到惊讶时，总是竖起大拇指，因为现在要么是现在我们知道如何避免灾难，要么是我们知道如何利用新的力量来开发新的解决方案。所以现在向美国宇航局地面干部中仍然允许这种事情的人脱帽致敬。因为这就是发现。这是一项发现，机组人员、硬件和研究团队在地面上，干部坐在那里观看。主持人：这真是一个很酷的实验设计。只是随波逐流。嘿，这可是新鲜事。我们来试试这个。我认为这可能与实验的演变有很大关系，我们在前面的讨论中谈到了这一点。当您发现正在发生的新现象并在此过程中有所发现时，它会更好地指导您的设计。到现在为止，植物水管理5号和6号，马克，你从所有这些试验和错误中学到了什么，通过调查新事物，发现关于太空中发生的新现象？您认为这些即将推出的植物水管理系统的设计将更上一层楼的原因是什么？马克·魏斯洛格尔：好的。我最先想到的可能是效率最低的东西。我不认为我可以在一个非常--它会像一个完全的极客出来，但让我们这样做。[笑]Mark Weislogel：好的。很久以前，人们认为只有在获得完美润湿的情况下，才能使用毛细管力，基本上就是表面张力。这就像水在玻璃上，但水不在其他材料上。它就像一种燃料，一种金属上的低温燃料。这些都是完美的润湿系统。或者是铜管上的油或冷却液。所以他们想，好的，当它部分湿的时候，当它不像挡风玻璃上的水一样完全湿的时候，那就不是完全的湿。那些小水滴，你知道，这不是完美的润湿。你不能用它做任何事。它不会抽芯，不会流动。它只是打在那里，然后粘在一起。所以我想说，我们现在所做的就像，我们正在利用你有肮脏的尿液这一事实。我们正在进行演示。所以我们再用几何学和流来做一次。我们利用泵送的液体的惯性。我们使用钉扎边缘，我们使用超疏水，我们可以做到。我们发明了特殊的材料，并将它们应用到这个实验中，你知道，这是第一次液体实际上只是从表面反弹，因为它不能弄湿它。这是杀手级的。无论你把这样的表面放在哪里，它都会变成表面的顶部，容器的顶部。阿。我不知道这是不是真的会发生，但是主持人：不，是的，确实是。你说的是控制，更好地理解和控制水的去向，这就是真正的水，对吗？马克·魏斯洛格尔：是的。是。我们以前不相信这一点。很多人会说：“在那样的系统里，你什么都做不了。”但现在我们说，“哦，是的，你能做到。”事实上，我们正在证明它更好。因为液体留在原地更好。它更稳定当它湿透的时候。我们这样做是为了给植物浇水，但我们通过植物浇水实验发现了这一点。然后我们把它应用到其他东西上。我们发现，如果你在太空中处理尿液，在太空中呕吐，在太空中腹泻，在太空中处理唾液，在太空中处理血液，这是真的。因此，这里的方法并不是仅仅为了植物水管理而孤立的。就像你发现你可以处理润湿性很差的液体，像这样的受污染的液体。而且有被污染的。我们有含有植物碎片的水。那里有生物膜，那里有营养物质，那里有头发。你知道吗，这里一团糟。根的碎片。但我们仍在学习，这些方法对于解决这些问题是强大的。甚至剥削他们。因为随着润湿性能的变化，体系变得越来越好。我们还了解到有两种方法来设计它。一张是用来尿湿的。一种是润湿效果好的。实际上，您可以在同一设计中使用这两种方法。因此，相同的设计具有这两种能力。它可以同时处理两个系统。因此，它变得越来越强大。我们证明这一点的机会越多，取得的进展就越多。美国国家航空航天局很快就会得到一种解决这类问题的技术方法。它将不仅适用于灌溉植物，它还将适用于尿液处理系统和空间。很大的一个，对吧？太空中的水回收是一个很大的问题。在这个过程中，有50个挑战问题。其中的每一个，你可以指出一种植物浇水解决方案，你知道，就像这样。不是百分之百，是这样的。但它就是这样的。主持人：嗯，这很令人兴奋。你说的是更广泛的应用，不仅仅是植物水管理，而是完全微重力水管理。更广泛的应用在这里真的很重要。那么，马克，你和你的团队是如何共享数据的呢？当你想出这些解决方案，对水的行为有了新的理解时，科学界是如何相互交谈的？所以是的，也许设计下一个尿液管理系统的人更了解如何正确地引导尿液，使系统更有效率。马克·魏斯洛格尔：是的。我们公布了我们的结果，并肯定地展示了它们。我们也出版它们。这是一场这样的比赛，因为它就像是“去太空，去太空，去太空。”因此，这是一场如此激烈的竞赛，我们没有太多关于这方面的出版工作，但我们肯定会向NASA展示一大堆东西。我们已经在会议论文中发表过。这些结果将被收录在书中的一章中。我知道我们有几篇期刊文章也包含了它。因此，它的出版肯定是为了让信息流传出去。有些报告很奇怪，因为有些报告还没有基础科学依据。再说一次，这些流动中的一些非常书呆子的方面，我们认为几十年后才能被理解。但工程应用随处可见，所以这就像是，好吧，我们对湍流的理解还不够深入。我的意思是，我们真的不，我们不太了解湍流，但我们仍然可以设计战斗机，你知道吗？这就是现在的情况。我们还需要几十年的时间才能真正理解这种流动现象的某些方面。但这并不妨碍我们设计出符合工程规范的可行系统。嗯。主持人：也许正是通过努力，通过努力找出如何最好地管理它，找出系统和朝着它的工程，或许才能帮助我们更好地逐步理解科学。你说的是几十年，对吗？但也许只是继续沿着你正在走的道路，马克，只是学习和学习，并提出设计，向科学，更广泛的科学提供信息。马克·魏斯洛格尔：是的。我们来自科学背景，所以我们知道这些科学挑战是什么，我们已经开发了特殊的计算机代码和类似的东西来进行一些分析。我们经常为此做数学计算，但我所说的几十年后的不确定性存在于所有这些事情中，但我们正在进入太空，我们正在拍摄它。然后就像你说的，我们正在开发工程工具，然后建立下一个系统。因此，我们正在开发一个数据库来设计这些系统，尽管我们不一定知道液体是如何保持的。当你有一滴水在表面上，它粘在那里，你倾斜表面，你倾斜它，很快它就会松开。你知道，当它松开的时候，所有这些微小的力量是什么？我们不一定知道这些事情。我们可以测量它们，有一个协议可以做到这一点，但这些都是这些都在细节中。它们很关键，但我们仍然可以让系统工作，尽管我们不完全理解它们。主持人：是的。这就是你现在正在研究的植物水管理系统，这些系统本身。当然，我们谈论的是5和6，以及你对它们的一些雄心壮志。你的方法也会是类似的吗？你开始让科学家们使用我们之前讨论过的方法，马克，这是一个内置在实验运行中的方法，就是灵活性。你认为科学界正在逐渐认识到将其纳入实验运行的好处吗？我们能期望在5号和6号看到这一点吗？Mark Weislogel：我会说，如果你把它改为科学社区，你说工程社区，我会说是的。因为现在我认为，刚开始的时候，仅仅是在两年前，当我在一个会议上，甚至在审查过程中的一篇论文中展示这些材料时，我会遇到很多阻力，因为你知道，它是真的吗？我的意思是，我不知道你是否还记得，我们实际上是NASA几年前展示的咖啡杯设计的一部分。主持人：哦，是的。和唐·佩蒂特一起。Mark Weislogel：是的，和Don Pettit一起。这个咖啡杯利用了这里应用的一些东西。所以咖啡杯实际上继续这样做，表明你可以用表面张力几何形状和润湿来取代重力的作用。宇航员们自然地喝着杯子里的水，就像有重力一样，但实际上没有。这怎么会起作用呢？工作的原因和这个是一样的，我想说这在某种程度上是咖啡杯的后续。但在一开始，即使是NASA的安全部门也不同意你可以这样做，你不应该相信液体会留在杯子里。所以那是不久前的事了。而且这种设计仍然存在一些压力。但这一点正在消失，因为现在这些都得到了证明，从安全工程师到植物生理学家，人们都在说，“不，这是你可以做到的，这是你应该做到的。而且它是安全的。我的意思是，当第一个咖啡杯被喝出来的时候，它是一种滚烫的热液，装在冲天炉的一个敞开的容器里。还记得萨曼莎·克里斯托福雷蒂做过的事吗？这太不可思议了。那是不，不，不。这是一个三连胜。被拒绝，被拒绝，被拒绝。但这是一件令人高兴的事情，地上的每个人都笑着享受着。怎么会这样?因为这是合法的。我的意思是，表面张力、润湿和几何形状提供了一定程度的控制，你可以利用它。而这确实是在做这件事。我们真的在利用它。我们真的展示了植物浇水可以以一种你会在地球上期望的方式来完成，在地球上的期望水平上。而不是液体在哪里？或者下一次你打开相机，你会发现整个植物被埋在一团水中，你知道的，或者类似的东西。或者第二天你打开相机，水去哪里了？哦，坏到另一个水库，不，那不是我们想要的地方。而我们不得不摆弄它。好吧。让我们把船员叫回来帮我们一把。你知道的，诸如此类的事情。主持人：是的，令人着迷。那么，马克，你对5号和6号的雄心是什么？您是否希望设计成熟一些，也许我们会在植物水管理的下一次迭代中看到一些真正的植物？你对即将到来的实验有什么雄心壮志？Mark Weislogel：是的。到目前为止，我认为5号和6号是樱桃。他们展示了几乎一个完整的工程系统，但只针对两个测试室。房间更大了。如果你愿意，你可以在里面种植巨型植物。我们在地球上有，你知道，这些是，这些是大植物，你知道，两英尺高，巨大的大树冠来自一个小楔形容器，里面有成吨的根。所以我们从发芽的根部模型到完全填充的模型，我们正在测试完全曝气，气泡分离，水陷阱，气泡迁移系统，超疏水表面反弹液态水。它几乎囊括了一切。如此之多，而且信心十足，NASA实际上正在寻求利用这些频道建立农场。所以它们是特殊的微重力通道，但它们也在地球上运行，这给了我们这种全方位的引力方法。它将在地球、月球和火星的重力环境中工作。最酷的是，它可以在微重力下工作，这是最具挑战性的。因此，您的工厂系统可以针对所有这些环境，而不是那么令人担忧。这整个5和6都是在那次演示之后进行的。我认为NASA已经认识到了这一点。因此，我们正在向NASA肯尼迪提供一个渠道农场来研究下一代，这可能最终会使用，比如空间站上的素食者，它从发芽到收获都在种植真正的植物。这才是真正的目标，因为仍有一个未知的N.未知的是，这种类型的植物在微重力下，在那个通道里会有什么反应？它的根域是什么？它的根部是不是有痉挛的东西？这是高度有序的吗？气流中是否有足够的对流使其与地球相似？那就太不可思议了。因此，如果我们在那里有足够的对流来产生植物的根结构，就像地球一样，那么现在你在太空中有了一个模型，它模仿了地面的模型，现在你可以带着你的植物生长设施的建筑进城了。你如何对植物进行排序，如何在光照下对它们进行排序，当它们全部浓缩后，从萌发阶段开始如何排序，然后将它们分开，分散开来，种植这个巨大的植物栖息地。因此，这将是一个令人兴奋的轨迹，如果NASA决定这样做，如果他们被说服的话。这就是我们需要展示的。主持人：是的，更广泛的应用，让植物在太空中的生长变得更好。马克，我想知道是否也有与地球有关的应用程序。我知道你提到过地球系统的设计在很大程度上依赖重力。当然，我们在这里谈论的很多事情是，我们没有重力，让我们想办法让它像在地球上一样。但我想知道，如果只是更好地了解水的流动和太空中发生的这些现象，是否可以以任何方式转化为使地球上的事情变得更好的东西。马克·魏斯洛格尔：我不知道。我知道地球上的系统是如此的简单，因为重力为你做了一切。它为你做了所有的分离。它进行曝气，它做所有的事情。但现在，这将是植物生理学家做出这种联系的人。他们在这项工作的方向上做出了巨大的贡献。所以水培系统很有趣，因为植物的根保持超级柔软，所以它们的生产力比地面上的植物高30%。因此，水培是一种独特的方式，一种非常富有成效的植物浇水方式。现在，如果这个几何学有什么独特之处，以及它是如何使根区成为一个特定的东西，那么那里可能就有一些东西。但这真的超出了我的理解，因为现在你回到了植物生理学，那些人到处都是，你知道，植物的实际情况。他们喜欢植物，但他们知道植物背后的科学，那不是我们。主持人：对吗？但你说你公布了结果。因此，也许有人有一个疯狂的想法，可能只需要你所做的一切应用的一小部分，并将其应用于某些事情。你知道，我认为这就是科学的美好之处，这些调查可能会有一些我们甚至还没有问过的问题。基于我们所做的一切，答案就在那里，这真的是一件令人愉快的事情。马克，我想通过回到开头来结束这篇文章，当时你谈到了你对了解水在太空中的工作原理的热情，并看到了那个气泡，然后灯泡熄灭了，你开始追求这个。现在你已经在植物水管理这条道路上走了很长一段时间了。当你告诉我你正在看的那些视频和实验的运行情况时，我很兴奋，有点随波逐流，看到一些东西，然后说，“哇，让我们沿着那条路走下去。”我只是想知道，你反思你的职业和你所做的工作，我想知道你现在对此有什么看法，因为我们一直在谈论你为更好地了解太空中的水所做的所有工作，只是反思你的职业生涯和你的道路，这些成就让你走到了今天，我们要去哪里。在这场对话的最后，你会怎么想。Mark Weislogel：我敢打赌，你的许多客人都是那种真正热爱自己工作的人。我的意思是，在太空工作，与NASA合作是一种令人难以置信的经历。我一直都不习惯。我还没有习惯于任何一次太空相遇，或者说没有任何机组人员，任何宇航员，都不习惯这种情况。总是有这样的感觉。在这个项目中，当我看到这么多不同的元素聚集在一起，再一次，水滴，薄膜，气泡，喷射，桥梁，水滴，塞西尔水滴，笔水滴，我的意思是，所有这些东西，这完全是一个书呆子的情况。我会变得非常烦人。真的，我会变得很烦人，因为它是这样的。对我来说，再一次，如果你看一系列人们在太空中所做的事情的视频，我们有几个这样的事情。他们在一次演讲中脱颖而出。真是太棒了。看到超凡脱俗的现象，就像一大滴水滴，这是很奇妙的。我们所做的就像在太空中用水打乒乓球一样。我们让这些工作人员为我们测试了这个不湿的表面。他们用乒乓球拍来回击打一个一升大小的水滴。我坐在那里，只是盯着那个，他们只是在闲逛。但就是那种一种现象的出现是一件美丽的事情。事实是，它是重要的，它是必要的，它发生了。我的意思是，特别是对于这些大规模的登月任务，燃料仓库的液体是如此之大，它有自己的引力，你知道，燃料仓库，然后前往火星，以及所有这些东西。仅在液体中进行勘探就面临着一些真正的挑战。你知道，这些领域包括广泛的燃烧和材料科学，人体解剖学，以及食物。为了安全地去探索，我们需要很好地理解太多的事情。但仅仅是太空中液体的微小事物，它被称为流体物理学，美国宇航局正在研究这一领域。有太多的途径了。它与卫生有关，你知道，太空中的淋浴，太空中的厕所，各种水处理，冷却剂，液体燃料，你知道，推进推进剂，身体唾液在泪道里，在你的嘴里和你的肠道里。我是说，所有这些事情。它们都是由这样一个事实联系在一起的，嘿，当重力消失时，会发生什么？哦，表面张力、润湿和几何形状。无论是显微镜载玻片上的生物系统，还是宇航员背包里的冷凝热交换器表面。太空中全是液体。而且它的行为常常完全出乎意料。我不知道为什么这会让我兴奋，但它确实让我兴奋，我喜欢我周围有这样的人。这使得做这项工作非常令人兴奋。这就是为什么我说变得很烦人。我是说，和这样的人在一起一定很烦人。主持人：我不知道。从某种意义上说，这也可能是一种激励。你知道，一个如此热情和兴奋的人，当他们正在经历一个实验时，他会问，“那是什么？我想知道那是什么。让我们对此进行调查。仅仅是我感觉到的能量，至少在这次对话中对我来说，马克，是有感染力的。我非常高兴能与你们交谈，并从中汲取一点能量和激情，研究太空中的流体以及液体的行为方式。这是一件令人着迷的事情。就像你说的，我们今天讨论了植物水管理，但应用范围太广了。马克，和你聊天真的很酷。非常感谢你来到休斯顿，我们有一个播客，我们将谈论这些伟大的实验，以及我们在太空流体世界中已经学到的和尚未学到的一切。所以感谢你们的光临。马克·魏斯洛格尔：哦，不客气。我很欣赏它。主持人：嘿，谢谢你在我身边逗留。马克给谈话带来了一些感染力，我认为这绝对是令人着迷的。当然，我学到了很多关于太空液体的知识，我希望你也学到了。你可以在nasa.gov上查看特别是国际空间站上正在发生的最新情况。一定要导航到那里，因为这只是轨道实验室每天进行的众多实验之一。我们是NASA整个机构众多播客之一，你可以在nasa.gov/podcast上查看所有播客。在那里你可以找到我们，并在社交媒体上以不特定的顺序收听我们的任何一集。我们在约翰逊航天中心、Facebook、X和Instagram的页面上。在你最喜欢的平台上使用#AskNASA提交一个节目的想法，或者问一个问题，并确保提到这是给我们在休斯顿的我们有一个播客。本期节目录制于2023年10月12日。感谢威尔·弗拉托、戴恩·特纳、艾比·格拉夫、贾登·詹宁斯、多米尼克·克雷斯波、命运杜兰、梅勒妮·怀特·莱昂斯和基拉·曼根。当然，再次感谢Mark Weislogel抽出时间来参加这个节目。无论你在什么平台上收听我们的节目，请给我们评分和反馈，并告诉我们你对我们的播客的看法。我们会在下周回来。