Se mai intendiamo inviare missioni con equipaggio in luoghi dello spazio profondo, poi dobbiamo trovare soluzioni per mantenere riforniti gli equipaggi. Per gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), che ricevono regolarmente missioni di rifornimento dalla Terra, Questo non è un problema. Ma per le missioni in viaggio verso destinazioni come Marte e oltre, l'autosufficienza è il nome del gioco.

Questa è l'idea alla base di progetti come BIOWYSE e TIME SCALE, che sono in fase di sviluppo dal Centro per la ricerca interdisciplinare nello spazio (CIRiS) in Norvegia. Questi due sistemi mirano a fornire agli astronauti una fornitura sostenibile e rinnovabile di acqua potabile e cibo vegetale. Così facendo, rispondono a due dei bisogni più importanti degli umani che svolgono missioni di lunga durata che li porteranno lontano da casa.

Anche se la ISS può essere rifornita in appena sei ore (il tempo tra il lancio e il momento in cui una capsula di rifornimento attraccherà alla stazione), gli astronauti fanno ancora affidamento su misure di conservazione mentre sono in orbita. Infatti, circa l'80% dell'acqua a bordo della ISS proviene dal vapore acqueo aereo generato dalla respirazione e dal sudore, così come l'acqua della doccia e l'urina riciclate, tutte trattate con sostanze chimiche per renderle sicure da bere.

Il cibo è un'altra cosa. La NASA stima che ogni astronauta a bordo della ISS consumerà 0,83 kg (1,83 libbre) di cibo per pasto, che equivale a circa 2,5 kg (5,5 libbre) al giorno. Circa 0,12 kg (0,27 libbre) di ogni pasto provengono solo dal materiale di imballaggio, il che significa che un singolo astronauta genererà quasi mezzo chilo di rifiuti al giorno, e questo non include nemmeno l'altro tipo di "rifiuto" che deriva dal mangiare.

In breve, l'ISS fa affidamento su costose missioni di rifornimento per fornire il 20% della sua acqua e tutto il suo cibo. Ma se e quando gli astronauti stabiliranno avamposti sulla luna e su Marte, questa potrebbe non essere un'opzione. Mentre l'invio di rifornimenti sulla luna può essere fatto in tre giorni, la necessità di farlo regolarmente renderà proibitivo il costo dell'invio di cibo e acqua. Nel frattempo, ci vogliono otto mesi perché la navicella spaziale raggiunga Marte, il che è del tutto impraticabile.

Quindi non c'è da meravigliarsi che le architetture di missione proposte per la luna e Marte includano l'utilizzo delle risorse in situ (ISRU), in cui gli astronauti utilizzeranno le risorse locali per essere il più autosufficienti possibile. Ghiaccio sulle superfici lunari e marziane, un ottimo esempio, saranno raccolte per fornire acqua potabile e per l'irrigazione. Ma le missioni nello spazio profondo non avranno questa opzione mentre sono in transito.

Per fornire un approvvigionamento idrico sostenibile, Il dott. Emmanouil Detsis e colleghi stanno sviluppando il controllo integrato di biocontaminazione dei sistemi umidi per l'esplorazione spaziale (BIOWYSE). Questo progetto è iniziato come un'indagine su come conservare l'acqua dolce per lunghi periodi di tempo, monitorarlo in tempo reale per segni di contaminazione, decontaminarlo con luce UV (piuttosto che con prodotti chimici), e dispensarlo secondo necessità.

Il risultato era una macchina automatizzata in grado di eseguire tutte queste attività. Come ha spiegato il Dr. Detsis:"Volevamo un sistema in cui lo portassi dalla A alla Z, dalla conservazione dell'acqua alla messa a disposizione di qualcuno da bere. Ciò significa che immagazzini l'acqua, sei in grado di monitorare la biocontaminazione, puoi disinfettare se devi, e infine consegni alla tazza per bere… Quando qualcuno vuole bere acqua premi il pulsante. È come un refrigeratore d'acqua."

Oltre al monitoraggio dell'acqua immagazzinata, la macchina BIOWYSE è anche in grado di analizzare le superfici bagnate all'interno di un veicolo spaziale alla ricerca di segni di contaminazione. Questo è importante, a causa dell'accumulo di umidità in sistemi chiusi come veicoli spaziali e stazioni spaziali, che può causare l'accumulo di acqua in aree non pulite. Una volta che quest'acqua viene bonificata, diventa quindi necessario decontaminare tutta l'acqua immagazzinata nell'impianto.

"Il sistema è progettato pensando agli habitat futuri, " ha aggiunto il dottor Detsis. "Quindi una stazione spaziale intorno alla luna, o un laboratorio sul campo su Marte nei decenni a venire. Questi sono luoghi in cui l'acqua potrebbe essere rimasta lì un po' di tempo prima che arrivasse l'equipaggio".

Il progetto Tecnologia e innovazione per lo sviluppo di apparecchiature modulari in sistemi di supporto vitale avanzati scalabili per l'esplorazione spaziale (TIME SCALE) è progettato per riciclare acqua e sostanze nutritive per il bene delle piante in crescita. Questo progetto è supervisionato dalla dott.ssa Ann-Iren Kittang Jost del Centro per la ricerca interdisciplinare nello spazio (CIRiS) in Norvegia.

Questo sistema non è diverso dall'European Modular Cultivation System (EMCS) o dal sistema Biolab, che sono stati inviati alla ISS nel 2006 e nel 2018 (rispettivamente) per condurre esperimenti biologici nello spazio. Traendo ispirazione da questi sistemi, La dottoressa Jost ei suoi colleghi hanno progettato una "serra nello spazio" che potrebbe coltivare piante e monitorare la loro salute. Come ha detto lei:"Abbiamo (bisogno) di tecnologie all'avanguardia per coltivare cibo per la futura esplorazione dello spazio sulla luna e su Marte. Abbiamo preso (l'ECMS) come punto di partenza per definire concetti e tecnologie per saperne di più sulla coltivazione di colture e piante in microgravità."

Proprio come i suoi predecessori, Biolab e ECMS, il prototipo TIME SCALE si basa su una centrifuga rotante per simulare la gravità lunare e marziana e misura l'effetto che questa ha sull'assorbimento di nutrienti e acqua da parte delle piante. Questo sistema potrebbe essere utile anche qui sulla Terra, consentendo alle serre di riutilizzare i nutrienti e l'acqua e una tecnologia di sensori più avanzata per monitorare la salute e la crescita delle piante.

Tecnologie come queste saranno cruciali quando arriverà il momento di stabilire una presenza umana sulla luna, su Marte, e per il bene delle missioni nello spazio profondo. Negli anni a venire, La NASA prevede di fare il tanto atteso ritorno sulla luna con il Progetto Artemis, che sarà il primo passo nella creazione di quello che immaginano come un programma per "esplorazione lunare sostenibile".

Gran parte di questa visione si basa sulla creazione di un habitat orbitale (il Lunar Gateway) e sull'infrastruttura in superficie (il campo base di Artemis) necessaria per supportare una presenza umana duratura. Allo stesso modo, quando la NASA inizia a fare missioni con equipaggio su Marte, l'architettura della missione prevede un habitat orbitale (il campo base di Marte), probabilmente seguito da uno in superficie.

In tutti i casi, gli avamposti dovranno essere relativamente autosufficienti poiché le missioni di rifornimento non saranno in grado di raggiungerli in poche ore. Il dottor Detsis ha spiegato, "Non sarà come la ISS. Non avrai sempre un equipaggio costante. Ci sarà un periodo in cui il laboratorio potrebbe essere vuoto, e non avrà equipaggio fino all'arrivo del turno successivo tra tre o quattro mesi (o più). L'acqua e altre risorse saranno lì, e può accumulare microrganismi."

Tecnologie in grado di garantire la sicurezza dell'acqua potabile, pulire, e in una fornitura costante, e che le piante possano essere coltivate in modo sostenibile, consentirà agli avamposti e alle missioni nello spazio profondo di raggiungere un livello di autosufficienza e di dipendere meno dalla Terra.