Vi siete mai chiesti dove costruiremo case ed espanderemo quartieri man mano che esauriremo sempre più la terra abitabile della Terra? Forse lo spazio sarà il prossimo sobborgo? Ma prima di iniziare a mandare i bambini su uno scuolabus intergalattico, dobbiamo trovare nuovi modi per svolgere le attività quotidiane nello spazio, come coltivare il cibo. Le organizzazioni internazionali stanno dedicando tempo e risorse allo sviluppo del sostegno alla vita umana oltre la Terra. Alcuni degli obiettivi dei programmi spaziali includono l'imminente ritorno e l'eventuale insediamento della luna , insieme ai viaggi con equipaggio in corso su Marte .
La Stazione Spaziale Internazionale (ISS ) fornisce una piattaforma cooperativa su cui ricercare le sfide cruciali legate alla permanenza degli esseri umani nello spazio per un periodo di tempo prolungato. E i ricercatori devono superare queste sfide prima che possano avvenire voli lunghi e habitat permanenti nello spazio.
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Agricoltura spaziale richiede una maggiore comprensione se si vuole che gli esseri umani sopravvivano nello spazio senza un contatto costante con la Terra. L’agricoltura spaziale si riferisce semplicemente alla coltivazione di piante nello spazio. A prima vista questo potrebbe non sembrare troppo complicato, ma le proprietà intrinseche dello spazio e la nostra capacità di viaggiare e vivere nel suo ambiente complicano notevolmente la situazione.
Fortunatamente, la ISS dispone di un intero team di astronauti (pollice verde non richiesto) provenienti da tutto il mondo, specializzati in una varietà di campi scientifici e ingegneristici. Gli astronauti conducono esperimenti e migliorano la nostra conoscenza sulla coltivazione delle piante nello spazio, così come in molti altri ambiti critici della scienza. Ricercatori e scienziati legati alla Terra analizzano i risultati e conducono i propri esperimenti, escogitando nuove teorie e possibili soluzioni da testare.
Prima di esaminare i progressi compiuti dagli esperti nell'agricoltura spaziale, analizziamo un po' più a fondo gli ostacoli che devono affrontare.
Storia dell'ISSGli Stati Uniti avevano respinto l’idea di una stazione spaziale fin dai tempi dell’amministrazione Reagan. Nel 1993, gli Stati Uniti e la Russia decisero di unire i loro piani per la stazione spaziale e invitare altri paesi a partecipare al progetto. I primi componenti orbitanti della ISS furono riuniti nello spazio nel 1998 e da allora la stazione è cresciuta pezzo dopo pezzo. Gli astronauti residenti arrivarono nel 2000. Due anni dopo, gli astronauti installarono Lada , la serra montata a parete della stazione utilizzata negli esperimenti e come fonte di cibo fresco. Una seconda struttura a bordo della ISS, chiamata Sistema Europeo di Coltivazione Modulare , viene utilizzato per studiare le piante e condurre altri esperimenti.
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Per comprendere le sfide dell'agricoltura spaziale, consideriamo alcuni degli elementi che influenzano la crescita delle piante nello spazio.
Gli attuali esperimenti di agricoltura spaziale esaminano diversi aspetti dell'agricoltura in microgravità (un termine per descrivere un ambiente con poca o nessuna gravità). Questi esperimenti potrebbero essere utili nel caso dell’agricoltura sulla superficie della Luna o di Marte, che hanno livelli di gravità significativamente più bassi rispetto alla Terra. Le piante prendono spunto dalla gravità per aspetti della loro crescita, come l'orientamento delle radici e dello stelo. Gli scienziati analizzano se le piante possono crescere correttamente con livelli di gravità inferiori e quali sono questi livelli.
La maggior parte delle piante sulla Terra hanno accesso a molta luce solare naturale e crescono verso quella luce, ma i ricercatori devono ingannare le piante che crescono nello spazio per seguire lo stesso comportamento. La scelta dell'illuminazione nelle camere di crescita è una considerazione importante per diversi motivi. È importante utilizzare l'energia in modo efficiente nello spazio, perché le risorse sono limitate. L'energia non può essere sprecata con lampadine che non massimizzano la loro potenza. Inoltre, diversi tipi di illuminazione creano diversi livelli di calore, e il calore extra è qualcosa che i veicoli spaziali devono eliminare (i ricercatori preferiscono lampadine che producono poco calore). Inoltre, gli astronauti non hanno spazio extra per trasportare lampadine di riserva nello spazio, quindi hanno bisogno di una fonte di illuminazione con una potenza costante, come i diodi a emissione di luce (LED).
La gravità minima o nulla può influenzare il funzionamento dei materiali radicali. Diversi materiali radicali e terreni sono migliori di altri quando si tratta di distribuzione dell'acqua e dell'aria, entrambi fondamentali per una crescita riuscita delle piante. Nello spazio, i terreni granulosi possono causare la dispersione dell'acqua e i terreni fini possono impedire il flusso d'aria [fonte:Franzen]. I ricercatori stanno sperimentando molte possibilità, tra cui particelle di argilla, coltura idroponica e materiali come la torba.
Le piante crescono sfruttando l'aria, l'umidità e la microgravità della navicella spaziale, condizioni diverse da quelle della Terra. I ricercatori stanno studiando se eventuali contaminanti e organismi pericolosi provenienti dallo spazio influenzeranno le piante coltivate nello spazio, rendendole inconsumabili per gli esseri umani. I cambiamenti nei loro codici genetici potrebbero essere dannosi in altri modi. Esiste la possibilità che se gli astronauti riportassero indietro le piante e le mescolassero con quelle coltivate sulla Terra, potremmo ritrovarci con la versione spaziale del kudzu. Kudzu (Pueraria montana ) è una specie di pianta invasiva, portata negli Stati Uniti dal Giappone alla fine del 1800.
Gli spazi ristretti delle navicelle spaziali sono molto diversi dagli enormi terreni agricoli ondulati della Terra. I ricercatori devono sviluppare un apparato efficiente e snello in grado di contenere i raccolti mentre crescono in uno spazio limitato. Le macchine per la coltivazione devono essere automatiche (o almeno avere questa capacità) ed essere in grado di regolare l’irrigazione, l’umidità, l’illuminazione, la circolazione dell’aria e la distribuzione dei nutrienti. Queste macchine per la coltivazione devono anche integrarsi con il sistema di supporto vitale per scambiare con successo anidride carbonica e ossigeno.
Allora quando potranno gli astronauti visitare il primo buffet di insalate dello spazio? Potrebbe volerci del tempo perché i ricercatori lavorino per comprendere e superare gli ostacoli che l’agricoltura spaziale presenta. Leggi la pagina successiva per conoscere la loro ricerca e perché gli insetti potrebbero diventare il cibo spaziale del futuro.
La ricerca sull’agricoltura spaziale si concentra solitamente su piante che hanno un’elevata resa di parti commestibili e possono prosperare in piccoli spazi. I ricercatori hanno iniziato a coltivare una varietà di piante nello spazio, tra cui il crescione, le lenticchie, il grano, le insalate a foglia, la senape di campo e la soia.
E con queste piante, i ricercatori stanno determinando come funzioneranno le operazioni di agricoltura spaziale del futuro. Le piante hanno ancora bisogno di tutte le cose di base che ricevono sulla Terra:acqua, anidride carbonica e sostanze nutritive. Sebbene le piante possano vivere con poca gravità, è meglio per loro averne almeno una piccola quantità per prevenire eventuali problemi di crescita. Gravità artificiale , prodotto da una centrifuga meccanica, aiuta a risolvere questo problema. Gli esperimenti che controllano la quantità e la durata della gravità artificiale aiutano i ricercatori a determinare quanto la gravità influisce sulla direzione della crescita delle radici. Fortunatamente, la Luna e Marte hanno entrambi un certo livello di gravità, che aiuterà a sostenere la vita vegetale su questi corpi celesti.
I risultati della ricerca finora sono stati contrastanti. In alcuni casi, le piante e i semi coltivati e restituiti dalla ISS rispecchiavano il gruppo di controllo a terra. In altri esperimenti erano simili ma leggermente più alti o più grandi. In ulteriori test, i ricercatori hanno notato differenze significative tra le piante coltivate in condizioni di microgravità e quelle in condizioni di gravità regolare.
Ad esempio, i risultati dello studio del Biomass Production System (BPS) della NASA hanno scoperto che mentre i due gruppi di piante crescevano in modo simile, i semi immaturi coltivati sulla ISS si stavano sviluppando a velocità variabili. I tassi di sviluppo dei semi del gruppo di controllo erano tutti gli stessi. Elementi come le proteine dei semi e i carboidrati solubili nelle piantine dell'ISS esistevano a livelli diversi rispetto a quelli del gruppo di controllo a terra. I ricercatori hanno notato che questo potrebbe cambiare il gusto del cibo coltivato nello spazio.
È importante notare, tuttavia, che i risultati contrastanti possono essere spiegati a causa della diversità dei fattori di controllo (come temperatura, luce e umidità) nei diversi esperimenti, dei diversi apparati di coltivazione e del fatto che le piante possono essere semplicemente difficili da coltivare. crescere.
Ora che abbiamo esaminato le prove della ricerca sull'agricoltura spaziale, esaminiamo più da vicino il motivo per cui questa ricerca è così fondamentale per la futura esplorazione spaziale.
Un balzo da gigante per le cavalletteChe abbiano o meno le ali, alcuni insetti potrebbero avere la possibilità di volare se selezionati per andare nello spazio e diventare parte della ricerca sull’agricoltura spaziale. Sebbene molte parti delle piante siano immangiabili per gli esseri umani, costituiscono un pasto delizioso per gli insetti. Gli insetti possono convertire gran parte di questo materiale non commestibile in qualcosa di più utile, come il fertilizzante.
Questi insetti forniscono anche un’eccellente fonte di nutrienti per le persone o gli animali nello spazio. Una cavalletta potrebbe essere un gradito, se non croccante, cambiamento per gli astronauti che sopravvivono con pasti disidratati. Inoltre, alcuni insetti potrebbero avere ulteriori benefici sui viaggiatori spaziali a lungo termine. Ad esempio, la seta prodotta dai bachi da seta può essere tessuta per realizzare corde e indumenti.
