Kako napraviti hranu i vodu koja će astronautima vezanima za Mars biti potrebna za njihovu misiju

Ako ikada namjeravamo slati misije s posadom na lokacije u dubokom svemiru, onda moramo smisliti rješenja kako da posade ostane opskrbljena. Za astronaute na Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS), koji redovito primaju misije opskrbe sa Zemlje, to nije problem. Ali za misije koje putuju na odredišta poput Marsa i šire, samodostatnost je naziv igre!

Ovo je ideja iza projekata poput BIOWYSE i VREMENSKA SKALA , koje razvija Centar za interdisciplinarna istraživanja u svemiru (CIRiS) u Norveškoj. Ova dva sustava usmjerena su na pružanje astronautima održive i obnovljive opskrbe pitkom vodom i biljnom hranom. Na taj način rješavaju dvije najvažnije potrebe ljudi koji obavljaju dugotrajne misije koje će ih odvesti daleko od kuće.

Iako se ISS može ponovno opskrbiti za što manje šest sati (vrijeme između lansiranja i vremena kada će se opskrbna kapsula spojiti sa stanicom), astronauti se i dalje oslanjaju na mjere očuvanja dok su u orbiti. Zapravo, otprilike 80% vode na ISS-u dolazi iz vodene pare u zraku (koja nastaje disanjem i znojem), kao i reciklirane vode za tuširanje i urina – sve je tretirano kemikalijama kako bi bilo sigurno za piće.

Hrana je druga stvar. NASA procjenjuje da će svaki astronaut na ISS-u konzumirati 0,83 kg (1,83 lbs lbs) hrane po obroku, što iznosi oko 2,5 kg (5,5 lbs) dnevno. Otprilike 0,12 kg (0,27 funti) svakog obroka je samo od materijala za pakiranje, što znači da će jedan astronaut generirati blizu pola funte otpada dnevno - a to čak ni ne uključuje drugu vrstu 'otpada' koja dolazi od jedenja!

Ukratko, ISS se oslanja na skupe misije opskrbe kako bi osigurao 20% svoje vode i svu svoju hranu. Ali ako i kada astronauti uspostave ispostave na Mjesecu i Marsu, to možda neće biti opcija. Dok se slanje zaliha na Mjesec može obaviti za tri dana, potreba da se to radi redovito učinit će trošak slanja hrane i vode previsokim. U međuvremenu, potrebno je osam mjeseci da svemirska letjelica stigne do Marsa, što je potpuno nepraktično.

Nije onda čudno zašto predložena arhitektura misije na Mjesec i Mars uključuje korištenje resursa na licu mjesta (ISRU), gdje će astronauti koristiti lokalne resurse kako bi bili što samodostatniji. Dostupnost leda na lunarnim i marsovskim površinama je izvrstan primjer, koji će se sakupljati kako bi se osigurala voda za piće i navodnjavanje. Ali misije na lokacije u dubokom svemiru neće imati ovu opciju dok su u tranzitu.

Kako bi osigurali održivu opskrbu vodom, dr. Emmanouil Detsis i kolege razvijaju Biokontaminacija Integrirana kontrola vlažnih sustava za istraživanje svemira (BIOWYSE). Ovaj projekt započeo je kao istraživanje načina skladištenja slatke vode na dulje vrijeme, praćenja u stvarnom vremenu na znakove kontaminacije, dekontaminacije UV svjetlom (umjesto kemikalija) i doziranja prema potrebi.

Prototip svemirskog staklenika razvijen od strane projekta TIME SCALE, koji reciklira hranjive tvari za uzgoj hrane. Zasluge: Karoliussen/HORIZON

Rezultat je bio automatizirani stroj koji je mogao obavljati sve te zadatke. Kako je dr. Detsis objasnio:

“Htjeli smo sustav u kojem se vodi od A do Ž, od skladištenja vode do stavljanja na raspolaganje nekome za piće. To znači da pohranjujete vodu, možete pratiti biokontaminaciju, možete dezinficirati ako morate, i na kraju dostavljate u šalicu za piće... Kad netko želi piti vodu, pritisnete gumb. To je poput hladnjaka za vodu.”

Osim praćenja pohranjene vode, BIOWYSE stroj također je sposoban analizirati mokre površine unutar svemirske letjelice na znakove onečišćenja. To je važno jer se u zatvorenim sustavima poput svemirskih letjelica i svemirskih stanica nakuplja vlaga, što može uzrokovati nakupljanje vode u nečistim područjima. Nakon što se ova voda povrati, tada postaje potrebno dekontaminirati svu vodu pohranjenu u sustavu.

'Sustav je dizajniran imajući na umu buduća staništa', dodao je dr. Detsis. “Dakle, svemirska stanica oko Mjeseca ili terenski laboratorij na Marsu u narednim desetljećima. To su mjesta na kojima je voda možda stajala neko vrijeme prije nego što je posada stigla.”

Umjetnikov dojam o Biolabu. postrojenje dizajnirano za podršku biološkim eksperimentima na mikroorganizmima, malim biljkama i malim beskralježnjacima. Zasluge: ESA – D. Ducros

The Tehnologija i inovacije za razvoj modularne opreme u skalabilnim naprednim sustavima za održavanje života za istraživanje svemira (TIME SCALE) projekt je u međuvremenu osmišljen za recikliranje vode i hranjivih tvari u svrhu uzgoja biljaka. Ovaj projekt nadgleda dr. Ann-Iren Kittang Jost iz Centar za interdisciplinarna istraživanja u svemiru (CIRiS) u Norveškoj.

Ovaj sustav nije sličan Europski modularni sustav uzgoja (EMCS) ili Biolab sustav, koji su poslani na ISS 2006. i 2018. (odnosno) radi provođenja bioloških pokusa u svemiru. Nadahnjujući se ovim sustavima, dr. Jost i njezini kolege dizajnirali su 'staklenik u svemiru' koji bi mogao uzgajati biljke i pratiti njihovo zdravlje. Kako je rekla:

“Trebamo (trebamo) najsuvremenije tehnologije za uzgoj hrane za buduća svemirska istraživanja Mjeseca i Marsa. Uzeli smo (ECMS) kao početnu točku za definiranje koncepata i tehnologija kako bismo naučili više o uzgoju usjeva i biljaka u mikrogravitaciji.”

Slično kao i njegovi prethodnici, Biolab i ECMS, prototip TIME SCALE oslanja se na rotirajuću centrifugu koja simulira lunarnu i marsovsku gravitaciju i mjeri učinak koji to ima na usvajanje hranjivih tvari i vode u biljkama. Ovaj bi sustav također mogao biti koristan ovdje na Zemlji, omogućavajući staklenicima da ponovno koriste hranjive tvari i vodu te napredniju senzorsku tehnologiju za praćenje zdravlja i rasta biljaka.

Biljke uzgajane u autonomnom stakleniku TPU. Zasluga: TPU

Tehnologije poput ove bit će ključne kada dođe vrijeme za uspostavljanje ljudske prisutnosti na Mjesecu, na Marsu i radi misija u dubokom svemiru. U narednim godinama NASA planira napraviti dugo očekivani povratak na Mjesec sa Projekt Artemis , što će biti prvi korak u stvaranju onoga što zamišljaju kao programa za 'održivo istraživanje Mjeseca'.

Velik dio te vizije počiva na stvaranju orbitalnog staništa ( Lunarna kapija ), kao i infrastruktura na površini ( Bazni logor Artemis ) potrebno za podupiranje trajne ljudske prisutnosti. Slično, kada NASA počne obavljati misije s posadom na Mars, arhitektura misije zahtijeva orbitalno stanište ( Mars Base Camp ), vjerojatno slijedi jedan na površini.

U svim slučajevima, ispostave će morati biti relativno samodostatne jer ih misije opskrbe neće moći dosegnuti za nekoliko sati. Kako je dr. Detsis objasnio:

“Neće biti kao ISS. Nećete imati stalnu posadu cijelo vrijeme. Doći će razdoblje u kojem bi laboratorij mogao biti prazan i neće imati posadu sve dok sljedeća smjena ne stigne za tri ili četiri mjeseca (ili duže). Voda i drugi resursi će stajati tamo i mogu stvarati mikroorganizme.”

Imajući tehnologije koje mogu osigurati da je pitka voda sigurna, čista i u stalnoj opskrbi – te da se biljke mogu uzgajati na održiv način – ispostave i misije u dubokom svemiru moći će postići razinu samodostatnosti i biti manje oslanjajući se na Zemlju.

Daljnje čitanje: HORIZON/Europska komisija