Se gli umani devono viaggiare verso destinazioni lontane nello spazio come la luna o Marte, avranno bisogno di modi per vivere per lunghi periodi di tempo. E una delle sfide chiave di questo include come avere cibo e acqua sicuri da mangiare e bere quando si è lontani dalla Terra.

Sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), gli astronauti sono in grado di ottenere rifornimenti dalla Terra da navicelle cargo che visitano la stazione spaziale, impiegando solo sei ore per arrivarci. Ma il tempo di viaggio verso Marte è di otto mesi minimo. E se sei sul Pianeta Rosso, devi farcela da solo.

Gli scienziati hanno lavorato per affrontare questo problema. Hanno cercato modi per consentire agli astronauti di produrre la propria acqua pulita e coltivare il proprio cibo. E altrettanto importante, si stanno assicurando che ogni rischio di contaminazione sia ridotto, per mantenere gli astronauti il ​​più sani e salvi possibile nelle missioni di lunga durata.

Acqua pulita

L'acqua potabile è qualcosa che molti di noi danno per scontato sulla Terra, ma nelle missioni spaziali è più difficile da trovare. La ISS ricicla gran parte della sua acqua utilizzando prodotti chimici, ma fa ancora affidamento su considerevoli spedizioni di acqua dalla Terra per dare ai suoi astronauti l'accesso all'acqua pulita.

Un progetto chiamato BIOWYSE sperava di trovare una soluzione al problema dell'acqua per missioni lunghe. Il progetto ha esaminato i modi per immagazzinare l'acqua per lunghi periodi di tempo, monitorarlo in tempo reale per la contaminazione da microbi, e quindi erogare acqua potabile pulita ogni volta che è necessario decontaminando l'acqua con luce UV anziché con prodotti chimici.

"Volevamo un sistema in cui lo portassi dalla A alla Z, dall'immagazzinare l'acqua al metterla a disposizione di qualcuno da bere, " ha detto il dottor Emmanouil Detsis, il coordinatore di BIOWYSE. "Ciò significa che immagazzini l'acqua, sei in grado di monitorare la biocontaminazione, puoi disinfettare se devi, e infine consegni alla coppa per bere".

Il risultato finale era una macchina completamente automatizzata in grado di eseguire tutte queste attività. "Quando qualcuno vuole bere acqua premi il pulsante, " disse il dottor Detsis. L'acqua è controllata, decontaminato se necessario, poi consegnato. "È come un refrigeratore d'acqua, " Egli ha detto.

Gli scienziati stanno esplorando come decontaminare l'acqua che è stata immagazzinata nello spazio per lungo tempo con la luce UV anziché con sostanze chimiche. Credito immagine—Consorzio BIOWYSE

La macchina potrebbe persino analizzare campioni da superfici bagnate all'interno di un veicolo spaziale per vedere se erano stati contaminati e se erano pericolosi per gli astronauti. "Dentro l'habitat chiuso, inizi ad accumulare umidità e potresti avere angoli o aree in cui non sono puliti, " ha detto il dottor Detsis. "Così abbiamo sviluppato qualcosa che potrebbe controllare queste aree in modo rapido."

Il progetto ha sviluppato un prototipo di questa macchina sulla Terra, misura circa un metro di lunghezza, con l'idea che una versione più piccola potesse essere utilizzata da qualche parte come la ISS. In definitiva, però, l'idea era che un sistema come BIOWYSE potesse essere utile per future esplorazioni, e il prototipo rimane disponibile per eventuali missioni applicabili in futuro.

"Il sistema è progettato pensando agli habitat futuri, " disse 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".

Autosostenibilità

L'acqua è difficile da trovare, ma non è raro nel sistema solare. Sia la luna che Marte hanno ghiaccio che potrebbe teoricamente essere trasformato in acqua potabile. Ma una prospettiva più difficile per l'autosostenibilità è il cibo:qualsiasi cibo per gli astronauti deve essere portato dalla Terra.

Ci sono alcune idee in via di sviluppo su come coltivare il cibo senza missioni di rifornimento costanti. Per diversi anni sulla ISS, gli astronauti hanno utilizzato macchine come l'European Modular Cultivation System (EMCS), lanciato nel 2006, per ricercare la crescita di piante come il crescione. L'ECMS è stato sostituito da una macchina simile chiamata Biolab nel 2018.

Dr. Ann-Iren Kittang Jost del Centro per la ricerca interdisciplinare nello spazio (CIRiS) in Norvegia, è stato il coordinatore del progetto su TIME SCALE, un progetto che ha esaminato i modi per sviluppare un nuovo sistema per coltivare piante sicure da mangiare nello spazio. Quando il Dr. Kittang Jost ha iniziato il progetto, l'EMCS era già nello spazio da un decennio ed era ora di aggiornarlo, lei dice.

"Abbiamo (abbiamo bisogno) di tecnologie all'avanguardia per coltivare cibo per future esplorazioni spaziali sulla luna e su Marte".

Dott.ssa Ann-Iren Kittang Jost, Centro per la ricerca interdisciplinare nello spazio, Norvegia

TIME SCALE mirava a produrre un metodo per riciclare acqua e sostanze nutritive all'interno di una futura macchina per la coltivazione, e monitorare più facilmente la salute delle piante, sviluppare un'idea per una 'serra' nello spazio.

"Abbiamo (bisogno) di tecnologie all'avanguardia per coltivare cibo per future esplorazioni spaziali sulla luna e su Marte, " lei disse, così come nuove idee. "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".

TIME SCALE ha immaginato una macchina che avrebbe avuto uno spazio più ampio per coltivare piante rispetto all'EMCS delle dimensioni di una valigia, con più funzionalità. "Abbiamo costruito un prototipo che dimostra che potevamo riciclare i nutrienti e che potevamo coltivare insalata o lattuga lì dentro, " ha detto il dottor Kittang Jost. "Potremmo produrli, e monitorare i nutrienti nell'acqua. Abbiamo dimostrato il concetto".

Come con Biolab e ECMS, il prototipo è stato progettato per utilizzare una centrifuga rotante per simulare la gravità sulla luna e Marte per misurare l'assorbimento di sostanze nutritive o acqua da parte delle piante, Per esempio. Tali idee potrebbero non solo essere utili per i viaggi nello spazio, ma anche per le persone sulla Terra. "It's important to find synergies with the challenges we have on the ground, " said Dr. Kittang Jost. And that includes finding ways to reuse nutrients and water in our own greenhouses, for example by improving sensor technology and developing better ways to monitor nutrients and plant health.

Worlds

In order to travel to and even live on worlds like the moon and Mars, technologies like these will be crucial—allowing astronauts to be self-sustainable when they are far from Earth. And making sure any water stored at these locations is decontaminated and safe to drink is very important.

"It will not be like the ISS, " said Dr. Detsis. "You are not going to have a constant crew all the time. There will be a period where the laboratory might be empty, and will not have crew until the next shift arrives in three or four months (or longer). Water and other resources will be sitting there, and it may build up microorganisms."

Dr. Kittang Jost says that in terms of producing safe food, we are nearing the goal of having a system that can be used on future missions. "We're quite close, " she said. "It's a challenge of course. But building a greenhouse should be feasible."