食品科學家拉里薩·周在西雅圖附近開始接觸攀巖和揹包旅行時,她意識到自己的日常工作和愛好正在融合。她發現脫水的野外餐食味道越來越淡,而且缺乏令人開胃的質地——她開始為國際空間站(ISS)的宇航員感到難過,他們連續幾個月都靠類似的食物維持生計。“我不希望人們永遠在太空中吃凍幹食品,”周說,她最近剛從哈佛大學獲得機械工程和材料科學博士學位。“我實際上希望人們能夠烹飪。”
周在過去四年裡一直致力於研發一種在微重力環境下煮食物的機器。她將其命名為H0TP0T,讓人聯想到中國傳統的共用火鍋飲食習俗(名稱中的零指的是它在微重力環境中的用途)。她設計的這種鋁和玻璃裝置屬於近期旨在改善太空旅行者飲食體驗的實驗技術浪潮的一部分。2019年,宇航員在國際空間站上使用小型烤箱烘烤了餅乾。研究人員還開發了用於微重力的炒菜臺和油炸鍋以及其他廚房用具。但這些裝置尚未進入長期軌道執行。
由於宇航員的基本安全和任務成功始終是首要任務,一些研究人員認為太空中的烹飪舒適性是無關緊要的。但周和一些其他食品科學家堅持認為,他們的工作對於宇航員的身心健康至關重要,尤其是在較長時間的任務中。M.I.T.太空探索計劃創始人兼研究未來太空棲息地的奧雷利亞研究所執行長阿里爾·埃克布勞表示,現在是時候“考慮太空生活,這既是為了在太空中蓬勃發展,也是為了生存”。為了展示這種更舒適的太空生活願景,奧雷利亞研究所正在建造一個名為TESSERAE pavilion的模擬太空棲息地,計劃於8月初在波士頓開放,隨後在西雅圖展出。在規劃該專案時,埃克布勞和一位同事採訪了近二十名宇航員——他們經常提到更好的烹飪選擇和更美味的食物是改善他們福祉的重要方式。為了反映這一點,一個H0TP0T(倒掛懸掛以表明宇航員可以在任何方向使用該裝置)將懸掛在實驗棲息地的廚房中。
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周選擇研究微重力水煮鍋,因為穀物——蛋白質和碳水化合物的極佳且保質期長的來源——通常需要煮沸。但在太空中煮食物是一項特別棘手的挑戰。在地球上,重力使水保持在鍋底。然而,在微重力環境下,將水控制在鍋內以防止其漂浮出去是一個大問題。但水分子也相互吸引,並吸引它們接觸的任何表面;當水處於失重狀態時,毛細作用和表面張力會對將水保持在鍋內的一個區域產生更大的影響。
H0TP0T的楔形結構利用這些力將水困在鍋爐最窄的角落裡。該設計源於周與一位在衛星推進領域工作的朋友的對話,這位朋友也面臨著類似的問題:如何在太空中控制燃料,使其可預測地到達發動機並點燃。由此產生的楔形“鍋”,看起來像一塊高高的蛋糕尖端朝下傾斜,由一張以45度角彎曲的鋁合金板組成。披薩片形狀的派熱克斯玻璃覆蓋著兩端。

H0TP0T原型裝置,一個小的三角形物體,放置在一個透明的盒子內。
拉里薩·周
另一個問題涉及煮沸本身的科學原理。在地球上,浮力驅動的對流,即較冷和較密的水落在較熱的液體下方,依靠重力來均勻分佈熱量並去除表面的氣泡。在太空中,這種情況不會發生。沸水反而形成較大的氣泡,在原地晃動;這可能導致食物煮得不好。因此,食物從未在太空中透過煮沸的方式烹飪過。然而,在H0TP0T上,加熱元件被擰到鋁製外殼的外部,以加熱鍋的大表面積,這減少了對重力驅動對流來均勻加熱水的需求。容器的金屬蓋還有一個壓力閥來釋放蒸汽。
2022年5月下旬,一個裝滿水和三塊未煮熟的義大利長通粉的微型H0TP0T原型被固定在改裝後的波音727-200飛機的地板上,這架飛機由零重力公司運營,透過反覆的急劇俯衝來模擬失重狀態。當週在20次拋物線自由落體中觀察加熱的容器時,一些水確實滲入了楔形的遠角。但大部分水仍留在其最窄的部分。楔形還允許液態水和氣態蒸汽氣泡分離,從而使麵條均勻煮熟。在45分鐘的飛行結束時,義大利麵已經煮過了al dente的程度。一年後,周和炊具又進行了一次這樣的飛行。這次她測試了未來宇航員在實際使用H0TP0T時可能有的體驗,“擰開無數個東西”以取出義大利麵——並最終吃了一塊用機器煮熟的義大利長通粉,儘管這塊食物一開始並不配合。“這就像我的嘴和那塊義大利麵之間的貓捉老鼠遊戲,”周說。
美國國家航空航天局(NASA)太空作物生產前高階專案經理、現任該機構承包商的拉爾夫·弗裡奇表示,重要的是要考慮像H0TP0T這樣的獨立技術如何在整個食品系統中發揮作用——從種植到收穫和加工食材,所有這些都在太空中進行。到目前為止,美國國家航空航天局已經試驗瞭如何在太空中種植植物,但沒有試驗如何加工或烹飪它們。“我們在近期所做的一切都將是採摘和食用;我們不會有硬體來加工和準備它,”弗裡奇說。他還指出,用於測試新技術的裝置必須競爭國際空間站上有限的有效載荷空間,因此機器可能會在開發階段醞釀數年甚至數十年。
但周仍然希望繼續開發H0TP0T。她的目標是嘗試沿著低溫慢煮系統的方向對其進行改造,在低溫慢煮系統中,裝有定量水和穀物的袋子浸入熱水中進行烹飪。這樣可以保持鍋的清潔,並且可以重複使用沸水。周還在尋找她的技術在地球上可能用途的方法。她說她曾經認為H0TP0T-低溫慢煮組合可能會為人們在災難期間提供烹飪食物的方法,但她堅持要小心,不要強加一種並非真正有益的人道主義應用。“夢想是開發一種用於太空的技術,並同時開發其在地球上的應用,”周說。
