对宇航员来说，吃蔬菜是非常重要的。因为蔬菜中的抗氧化物质可以帮助宇航员对抗宇宙射线——太空旅行中的最大危险之一。而且与脱水食物相比，远赴外星的宇航员也更希望吃到新鲜的蔬菜。
山姆教授认为，从地球向太空运送显然是不现实的，最好的途径莫过于在太空建立一个农园，让宇航员“自产自消”。
但是，到目前为止，在太空环境栽培植物仍在使用营养液进行无土栽培，这存在着溶液难以管理、容器装置太重等缺点。
美国肯尼迪航天中心希望通过一系列的实验，彻底解决长期载人航天的补给难题。届时宇航员只需要带少量的食物和水，就可以在一个封闭的自循环系统里长期的生存下去。
太空舱内没有阳光。要想实现就地解决宇航员所需的食物、氧气和水这一目标。首先要解决的就是光照问题。
在空间站这个封闭的环境中，能源是一种稀缺资源，没有多余的用来种菜。在几乎没有光照的条件下培育绿色植物无疑是一个很大的挑战。
在这方面，科学家们发现了发光二极管。发光二极管几乎不会发热，与普通灯泡相比，消耗同样的电力可以持续工作10万小时。
但植物不是那么容易满足，植物学家还需要解决的问题是，植物的存活和生长是否需要全部的光谱？于是他们开始试验不同波长的光。所用的实验设备是一个貌似冷柜的装置，内里是一片黑暗，只有二极管发出微弱的红光照射着三个小玻璃温室。温室内生长着罗马莴苣。他们发现，植物的生长以及光合作用其实只需要红光。这一发现很令人振奋，因为可以节约大量的能源。当然，植物的生长也需要一点蓝光来指引方向。有了红光和蓝光，绿色植物就可以生存。他们还间断地给植物添加绿光，来观察他们的自然颜色，并且检查它们的健康状况。经过长时间的研究，他们发现蓝光能够增加莴苣中这些分子的含量。
多年的实验让专家们欣喜地发现，只要控制了光线和二氧化碳，就可以操纵植物抗氧化物的生成水平。在较恶劣的环境下，绿色植物会生成一些化合物，比如类胡萝卜素和类黄酮，保护自己免受太阳辐射并延缓衰老。
科学家们还在国际空间站的微重力状态下飞行了73天，用小麦进行了光合作用实验。他们的小菜园，成了当时空间站里的宇航员们最喜欢的地方。他们控制了二氧化碳的浓度、湿度、温度、空气流通、营养物质和光线强度，用增加二氧化碳浓度的方式来模拟太空船里有更多的人，并且监测植物生产氧气的效果，发现二氧化碳越多，小麦消耗的水分越少，长得更快。
由于在失重状态下水珠会四处乱飞，太空农场有一套专门设计的多孔渗水管道系统来输送水和养料，同时向蔬菜的根部输送氧气。科学家们通过观察发现，无论是在太空还是在地球上，植物净化空气和水的能力是一样的。
空气质量研究方面的专家正在进一步探索植物和空气质量的关系。
密闭的环境里百味杂陈，空气中充满了电子灰尘，以及工业酒精的挥发物。专家控制了气体的浓度，然后把植物放在不同的空气环境中，目标就是让登月太空舱内的空气像秋风一样清新。
未来太空舱的污水也将通过生物反应处理。一些宽大的塑料管组成了水循环系统，因为国际空间站上只提供饮用水，没有多余的水用来做饭和洗澡。要想彻底不浪费每一滴水，甚至要把尿液收集起来再利用。
日本本着同美国研究者同样的思路开发出一种能在失重环境中固定土壤、栽培农作物的装置。它可以用来在太空种植新鲜蔬菜，供空间站的宇航员享用，研究人员把它称为“宇宙农园”。
“宇宙农园”形状像一个水柜，里面装有土壤。研究人员在土壤中埋入开有小口的陶瓷管，用气泵抽出管中空气，然后把它放入模拟的航天器中进行实验，结果证明在失重状态下土壤不会飞散。
人类和植物是太空旅行的理想伙伴。人类吸入氧气呼出二氧化碳，而植物正好能将二氧化碳转变为氧气。人类的排泄物可以给植物提供养料，而植物则可以供给人类食物。
所以说，蔬菜生长所需的阳光、空气和水也在狭小的太空舱里解决掉之后，“宇宙农园”实验一旦成功，宇航员的生活垃圾就能够得到很好的利用。宇航员们就可以在吃上新鲜蔬菜的同时，得到更清新的空气和生活用水。
“宇宙农园”一系列相关实验的目的，是在太空中创造一个封闭的再循环系统，并且今后推而广之，在其他星球也能建立适宜蔬菜生长的温室。毕竟，蔬菜对宇航员的意义不仅是食物和氧气，绿色植物更能让他们心理上获得安慰。
