Molte cose cambiano per gli astronauti quando lasciano la Terra e si dirigono nello spazio, ma almeno uno rimane lo stesso:hanno bisogno di cibo e acqua. La NASA ha recentemente assegnato finanziamenti a due squadre dell'Università dell'Arizona per cercare acqua e coltivare cibo nello spazio.

Guidato da ricercatori del College of Engineering e del College of Agriculture and Life Sciences, le missioni si concentrano sulla raccolta dell'acqua dalla superficie lunare e sul miglioramento delle tecniche per la produzione di colture in microgravità.

Raccogliere l'acqua dal Polo Sud della Luna

Ci sono crateri nel polo sud della luna che sono rimasti al buio per miliardi di anni, ma gli scienziati hanno trovato prove che la regione potrebbe contenere acqua. Non solo fondamentale per sostenere la vita umana, l'acqua può essere utilizzata nelle missioni robotiche come combustibile, uno schermo contro le radiazioni o una forma di accumulo di energia termica.

Come parte della sua Artemis Student Challenge, La NASA ha assegnato quasi 1 milione di dollari a otto squadre universitarie per sviluppare nuovi metodi di ricerca, ed eventualmente estrarre, acqua da queste regioni permanentemente in ombra.

Un team congiunto di ricercatori, guidato dalla Colorado School of Mines in collaborazione con l'Università dell'Arizona, ricevuto $ 114, 000 per un progetto che combina la potenza del laser con FemtoSats:minuscolo, satelliti usa e getta delle dimensioni di un panetto di burro sviluppati nel laboratorio UArizona SpaceTREx.

"Gli studenti stanno effettivamente costruendo un intero sistema, cosa molto rara da fare, in particolare nel settore aerospaziale, " disse Jekan Thanga, assistente professore di ingegneria aerospaziale e meccanica e capo del Laboratorio SpaceTREx presso l'Università dell'Arizona. "Il nostro progetto è un trampolino di lancio per costruire le tecnologie necessarie per prospezione ed estrarre l'acqua sulla superficie lunare".

La Colorado School of Mines sta esplorando il concetto di utilizzare i laser per alimentare luci e macchinari utilizzati per l'esplorazione lunare. Sebbene l'abbinamento dei laser con "il lato oscuro della luna" possa sembrare un gioco da ragazzi, i ricercatori hanno bisogno di un basso costo, modo a basso rischio per testare la fattibilità dell'utilizzo di segnali laser per l'alimentazione e la comunicazione in un ambiente lunare. Entra nei FemtoSat.

"La particolarità di questi ragazzi (FemtoSats) è che sono così economici che puoi inviare decine, centinaia, forse anche migliaia al prezzo di un normale satellite, " disse Thanga. "Dato che l'ambiente del polo sud della luna ci è così sconosciuto, i veicoli spaziali usa e getta sono un modo perfetto per esplorare queste regioni senza rischiare di danneggiare i veicoli spaziali più costosi".

Nella missione proposta, un laser montato sul lander atterrerà sulla superficie della luna e lancerà i FemtoSat in diversi punti della superficie lunare utilizzando un meccanismo simile a un jack-in-the-box. I FemtoSats riceveranno il segnale dal laser e lo ritrasmetteranno per dimostrare la validità dell'utilizzo del laser per la comunicazione.

"Una delle cose più eccitanti di questa sfida è che molti dei concetti, se dimostrato di essere fattibile a seguito di questi premi, potrebbero eventualmente essere integrati e operati insieme sulla superficie della luna, "ha detto Chad Rowe, responsabile del progetto Space Grant ad interim presso la sede della NASA a Washington, D.C.

Gli studenti dell'Università dell'Arizona coinvolti nel progetto includono lo studente laureato Alvaro Diaz e gli studenti universitari Matthew Johnson e Viru Vilvanathan, tutti del College of Engineering. Il team della Colorado School of Mines è composto da studenti laureati Ross Centers, David Dickson, Loren Kezer, Joshua Schertz e Adam Janikowski, guidato da George Sowers, professore ordinario di ingegneria meccanica.

Coltivazioni nello spazio

L'esplorazione spaziale con equipaggio ha catturato a lungo i cuori e le menti delle persone in tutto il mondo. Però, rimane uno dei principali ostacoli alla presenza prolungata dell'uomo sulla luna e oltre:un mezzo sostenibile ed efficiente per fornire agli astronauti frutta e verdura nutrienti e appena coltivate.

La sfida? Gravità zero. Per dirla semplicemente, l'acqua si comporta diversamente nello spazio.

"Non c'è gravità, quindi è molto diverso dall'innaffiare un giardino nel tuo cortile, " disse Murat Kacira, direttore del Centro di agricoltura per l'ambiente controllato e professore presso il Dipartimento di Ingegneria dei Biosistemi. "Mantenere un corretto equilibrio di acqua e sostanze nutritive alle radici e mantenere livelli di ossigeno sufficienti per le colture sono problemi reali".

Vari sistemi per la produzione di colture sulla stazione spaziale sono stati valutati e dimostrati con successo, compreso il sistema di produzione della biomassa, Sistema di produzione vegetale e habitat vegetale avanzato.

Nel sistema di produzione degli ortaggi, popolarmente conosciuto come VEGGIE, un giardino delle dimensioni di un bagaglio a mano in genere contiene circa sei piante. Ogni pianta cresce in un "cuscino" riempito con un substrato di argilla e fertilizzante progettato per aiutare a distribuire l'acqua, nutrienti e ossigeno intorno alla zona delle radici.

Però, rimangono sfide per la produzione alimentare sostenuta.

Per migliorare i progetti attuali e supportare i suoi obiettivi per un'ulteriore esplorazione umana dello spazio, La NASA ha assegnato 1,12 milioni di dollari all'Università dell'Arizona e ad altre quattro squadre investigative. L'incarico:sviluppare un migliore sistema di erogazione di acqua e nutrienti per la coltivazione di colture in condizioni di microgravità che sia compatibile con lo spazio disponibile limitato negli habitat della superficie lunare e nei veicoli spaziali.

Guidato da Kacira, il team UArizona riunisce diversi ricercatori dietro gli sforzi dell'università Prototype Lunar/Mars Greenhouse e Bioregenerative Life Support Systems, tra cui Phil Sadler, un botanico e innovatore responsabile della progettazione complessiva e della fabbricazione dei moduli Lunar/Mars Greenhouse, e Roberto Furfaro, direttore del Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi Spaziali del College of Engineering.

"Costruire sulla nostra storia con sistemi di supporto vitale biorigenerativi, abbiamo riunito un incredibile team interdisciplinare di scienziati e ingegneri, " ha detto Kacira. "La tecnologia che stiamo sviluppando non solo supporta il futuro nell'esplorazione dello spazio, ma può essere utilizzata per migliorare la produzione di cibo proprio qui sulla Terra".

Altri membri del team includono Kitt Farrell-Poe, capo del Dipartimento di Ingegneria dei Biosistemi ed esperto di processi biologici, qualità dell'acqua e sistemi di trattamento dell'acqua; Minky Kim, un ingegnere biomedico specializzato nella progettazione e sintesi di proteine ​​artificiali, fisica dei polimeri e materiali morbidi; Barry Pryor, un professore della School of Plant Sciences specializzato in gestione della salute delle piante, patologia vegetale e micologia; John Adams, il vicedirettore di Biosphere 2 ed esperto di fauna selvatica, pesca e biologia; e Neal Barto, un ingegnere orticolo che supporterà lo sviluppo dei sensori, strumentazione e monitoraggio del sistema.

L'Università dell'Arizona collaborerà anche con Stefania De Pascale, Veronica De Micco, Youssef Rouphael e Chiara Amitrano dell'Università degli Studi di Napoli Federico II; Alberto Battistelli, Stefano Moscatello e Simona Proietti del Consiglio Nazionale delle Ricerche; Daniel Schubert del Centro aerospaziale tedesco; Cesare Lobascio e Giorgio Boscheri di Thales Alenia Space-Italia; e Gary Stutte di SyNRGE LLC.