Vesmírné zemědělství - Space farming - Wikipedia

Experiment s růstem rostlin Lada

Vesmírné zemědělství se týká pěstování plodin pro potraviny a jiné materiály v prostor nebo na mimozemských nebeských objektech - ekvivalent zemědělství na Země.

Farmaření na nebeských tělesech, jako je např měsíc nebo Mars, sdílí mnoho podobností s farmářstvím na a vesmírná stanice nebo vesmírná kolonie. Ale v závislosti na velikosti nebeského těla může postrádat složitost mikrogravitace nalezený v druhém. Každé prostředí by mělo rozdíly v dostupnosti vstupy do procesu kosmického zemědělství: anorganický materiál potřebný pro růst rostlin půdní média, sluneční záření relativní dostupnost oxidu uhličitého, dusíku a kyslíku atd.

Úvod

Rostlina cukety v laboratoři Destiny

Dodávka potravin do vesmírné stanice a další dlouhodobé mise jsou těžké a neuvěřitelně drahé. Jeden astronaut na letišti Mezinárodní vesmírná stanice vyžaduje přibližně „1,8 kilogramu potravin a obalů denně“.[1] U dlouhodobé mise, jako je čtyřčlenná posádka, tříletá marťanská mise, může toto číslo vzrůst až na 24 000 liber (neboli 10 886 kg).[1]

Vzhledem k nákladům na doplňování zásob a nepraktičnosti doplňování zásob meziplanetárních misí je vyhlídka na růst přílivu potravin neuvěřitelně lákavá. Existence vesmírné farmy by pomohla vytvoření a udržitelný prostředí, protože rostliny lze použít k recyklaci odpadních vod, generování kyslíku, nepřetržitému čištění vzduchu a recyklaci výkalů na vesmírné stanici nebo kosmické lodi.[2] Pouhých 10m² plodin produkuje 25% denních potřeb 1 osoby, nebo přibližně 180-210 gramů kyslíku.[3] To v podstatě umožňuje vesmírné farmě přeměnit vesmírnou loď na umělou ekosystém s hydrologický cyklus a recyklace živin.[4][5]

Kromě zachování trvanlivosti a snížení celkové hmotnosti by schopnost pěstovat jídlo ve vesmíru pomohla snížit nedostatek vitamínů ve stravě astronautů a poskytnout čerstvé jídlo se zlepšenou chutí a strukturou. V současné době je velká část potravin dodávaných astronautům tepelně ošetřena nebo lyofilizované. Obě tyto metody si většinou zachovávají vlastnosti předúpravy potravin. Může však dojít k degradaci vitamínů během skladování. Studie z roku 2009 zaznamenala významný pokles vitamínů A, C a K. stejně jako kyselina listová a thiamin se může objevit již za jeden rok skladování.[1] Mise na Mars by mohla vyžadovat skladování potravin po dobu až pěti let, takže by byl zapotřebí nový zdroj těchto vitaminů.[1]

Dodávky potravin ostatním budou pravděpodobně hlavní součástí osídlení na počátku Země. Výroba potravin je nepodstatný úkol a je pravděpodobné, že bude jedním z nejnáročnějších a nejzásadnějších úkolů raných kolonistů. NASA mimo jiné zkoumá, jak dosáhnout vesmírného zemědělství.[6][7]

Technické výzvy

Pokročilý experiment růstu rostlin sóji Astroculture

Kolonistům, kteří se pokusí o mimozemské zemědělství, bude čelit řada technických výzev. Patří mezi ně účinek snížené gravitace, osvětlení a tlaku, jakož i zvýšené záření.[6] Ačkoli skleníky mohou vyřešit mnoho problémů prezentovaných ve vesmíru, jejich výstavba by přišla s vlastní sadou technických výzev.[8][9]

Zkušenosti s rostlinami během letu a mikrogravitační prostředí a rostliny vypěstované na povrchu Marsu zažívají přibližně 1/3 gravitace, jakou mají zemské rostliny. Pokud jsou však rostliny opatřeny směrovým světlem, rostly ty, které rostly v prostředích s nízkou gravitací, normální růst.[10] Normální růst je klasifikován jako opačný směr růstu kořenů a výhonků. To znamená, že mnoho rostlin pěstovaných v prostředí kosmických letů bylo podstatně menších než rostlin rostoucích na zemském povrchu a rostly pomaleji.[10]

Kromě různých účinků gravitace, pokud nebudou chráněny, budou rostliny pěstované na povrchu Marsu vystaveny mnohem vyšší úrovni radiace než na Zemi. Vystavení vysokým úrovním záření může poškodit rostlinnou DNA. K tomu dochází, protože vysoce reaktivní hydroxylové radikály cílí na DNA.[11] Degradace DNA má přímý vliv na klíčení, růst a reprodukci rostlin.[11] Ionizující záření má také vliv na funkci PSII a může způsobit ztrátu funkce a tvorbu radikálů odpovědných za fotooxidaci. Intenzita těchto účinků se u jednotlivých druhů liší.[12]

Nízkotlaké prostředí na povrchu Marsu bylo také důvodem k obavám. Hypobarické podmínky mohou ovlivnit čistou fotosyntézu a rychlost evapotranspirace. Studie z roku 2006 však naznačuje udržování zvýšeného CO2 Koncentrace mohou zmírnit účinky hypobarických podmínek již od 10 kPa, aby se dosáhlo normálního růstu rostlin.[13]

Marťanská půda obsahuje většinu minerálů potřebných pro růst rostlin, kromě reaktivního dusíku, který je produktem mineralizace organické hmoty.[14] Vzhledem k tomu, že na povrchu Marsu je nedostatek organické hmoty, je zde nedostatek této složky. Reaktivní dusík je požadovanou složkou půdy používané pro růst rostlin a je možné, že druhy vázající dusík, jako jsou bakterie, by mohly pomáhat při nedostatku řady reaktivních dusíku. Studie z roku 2014 však naznačuje, že rostliny byly schopny klíčit a přežít po dobu 50 dnů na marťanské a měsíční půdě pomocí simulačních půd. To bylo řečeno, pouze jeden z jejich čtyř experimentovaných druhů udělal dost dobře, aby dosáhl úplné tvorby květu, a bylo by třeba udělat více práce pro dosažení úplného růstu.[14]

Experimenty

Rozhovor s University of Florida zahradnické vědce o jejich experimentech s kosmickým zemědělstvím
  • „GreenHab " na Mars Desert Research Station v Utah obsahuje skleník, který je navržen tak, aby napodoboval některé z výzev vyplývajících z farmářství na Marsu.
  • The Lada experiment a Evropský modulární systém pěstování[15] na Mezinárodní vesmírná stanice se používá k pěstování malého množství čerstvých potravin.
  • V roce 2013 NASA financovala výzkum na vývoj a 3D tiskárna na potraviny.[16]
  • Systém vegetariánské produkce NASA „Veggie“ je nasazitelná jednotka, jejímž cílem je produkce plodin salátového typu na palubě Mezinárodní vesmírné stanice.[17]
  • Lunární přistávací modul pro rok 2019 Chang'e 4 nese Lunar Micro Ecosystem,[18] 3 kg (6,6 lb) utěsněný válec „biosféry“ dlouhý 18 cm a průměr 16 cm se semeny a vejci hmyzu, aby se otestovalo, zda se rostliny a hmyz mohou líhnout a růst společně.
  • Budoucnost ALINA lunární přistávací modul bude nést malý válec „biosféry“ s názvem Lunar Plant Growth Experiment (LPX), kde se NASA pokusí vyklíčit a vypěstovat několik druhů rostlin.[19][20]

Plodiny experimentovaly s

Pro použití ve vesmírných farmách byly zváženy následující plodiny:[3][21]brambory, zrna, rýže, fazole, rajčata, paprika, hlávkový salát, zelí, jahoda, cibule a paprika.

Viz také

Reference

Květina cínie na ISS
  1. ^ A b C d Cooper, Maya; Douglas, Grace; Perchonok, Michele (01.03.2011). „Vývoj potravinového systému NASA pro mise s dlouhou životností“. Journal of Food Science. 76 (2): R40 – R48. doi:10.1111 / j.1750-3841.2010.01982.x. ISSN  1750-3841. PMID  21535783.
  2. ^ „Bílá kniha. Úsilí o vesmírné zemědělství“. Otevřené zemědělství. 1 (1): 70–73. 2016-05-26. doi:10.1515 / opag-2016-0011. ISSN  2391-9531.
  3. ^ A b Časopis Kijk 9/2015
  4. ^ Maggi F. a C. Pallud, (2010), Vesmírné zemědělství v mikro- a hypo-gravitaci: Srovnávací studie hydrauliky půdy a biogeochemie v plodinové jednotce na Zemi, Marsu, Měsíci a vesmírné stanici, Planet. Space Sci. 58, 1996–2007, doi: 10,1016 / j.pss.2010.09.025.
  5. ^ Maggi F. a C. Pallud, (2010), Marťanské základní zemědělství: Vliv nízké gravitace na tok vody, koloběh živin a dynamiku mikrobiální biomasy, Advances in Space Research 46, 1257-1265, doi: 10,1016 / j.asr .2010.07.012
  6. ^ A b Moskowitz, Clara (2013-05-15). „Farmování na Marsu? NASA uvažuje o zásobování potravinami pro misi do roku 2030“. Fox News. Citováno 2014-05-18.
  7. ^ Wheeler, Raymond M. (10.02.2017). „Zemědělství pro vesmír: lidé a místa dláždí cestu“. Otevřené zemědělství. 2 (1): 14–32. doi:10.1515 / opag-2017-0002. ISSN  2391-9531.
  8. ^ Schubert, D. (05.04.2017). „Analýza produkce skleníku scénářů prvních misí pro stanoviště Měsíce a Marsu“. Otevřené zemědělství. 2 (1): 91–115. doi:10.1515 / opag-2017-0010. ISSN  2391-9531.
  9. ^ Zeidler, Conrad; Vrakking, Vincent; Bamsey, Matthew; Poulet, Lucie; Zabel, Paul; Schubert, Daniel; Paille, Christel; Mazzoleni, Erik; Domurath, Nico (2017-03-25). „Skleníkový modul pro vesmírný systém: design lunárního skleníku“. Otevřené zemědělství. 2 (1): 116–132. doi:10.1515 / opag-2017-0011. ISSN  2391-9531.
  10. ^ A b Paul, Anna-Lisa; Amalfitano, Claire E .; Ferl, Robert J. (2012-12-07). „Strategie růstu rostlin jsou předělány vesmírnými lety“. Biologie rostlin BMC. 12: 232. doi:10.1186/1471-2229-12-232. ISSN  1471-2229. PMC  3556330. PMID  23217113.
  11. ^ A b Esnault, Marie-Andrée; Legue, Florencie; Chenal, Christian (2010). "Ionizující záření: Pokroky v reakci rostlin". Environmentální a experimentální botanika. 68 (3): 231–237. doi:10.1016 / j.envexpbot.2010.01.007.
  12. ^ Micco, Veronica De; Arena, Carmen; Pignalosa, Diana; Durante, Marco (01.03.2011). "Účinky řídce a hustě ionizujícího záření na rostliny". Radiační a environmentální biofyzika. 50 (1): 1–19. doi:10.1007 / s00411-010-0343-8. ISSN  0301-634X. PMID  21113610.
  13. ^ Richards, Jeffrey T .; Corey, Kenneth A .; Paul, Anna-Lisa; Ferl, Robert J .; Wheeler, Raymond M .; Schuerger, Andrew C. (01.12.2006). „Expozice Arabidopsis thaliana vůči hypobarickému prostředí: důsledky pro nízkotlaké bioregenerativní systémy podpory života pro průzkumné mise a terraformaci na Marsu“. Astrobiologie. 6 (6): 851–866. Bibcode:2006 AsBio ... 6..851R. doi:10.1089 / ast.2006.6.851. ISSN  1531-1074. PMID  17155885.
  14. ^ A b Wamelink, G. W. Wieger; Frissel, Joep Y .; Krijnen, Wilfred H. J .; Verwoert, M. Rinie; Goedhart, Paul W. (2014-08-27). „Mohou rostliny růst na Marsu a na Měsíci: Experiment s růstem na Marsu a na Měsíci?. PLOS ONE. 9 (8): e103138. Bibcode:2014PLoSO ... 9j3138W. doi:10.1371 / journal.pone.0103138. ISSN  1932-6203. PMC  4146463. PMID  25162657.
  15. ^ „NASA - European Modular Cultivation System“. Archivovány od originál dne 25. 11. 2010. Citováno 2014-04-22.
  16. ^ „http://www.3ders.org/articles/20130521-nasa-grant-to-fund-3d-food-printer.html“. 3ders Novinky. 2013-05-21. Citováno 2014-05-18. Externí odkaz v | název = (Pomoc)
  17. ^ „NASA - Vegetable Production System“. nasa.gov. Citováno 2017-12-08.
  18. ^ Čína se chystá vyložit živá vejce na odvrácené straně Měsíce Archivováno 2. Ledna 2019 v Wayback Machine. Yasmin Tayag, Inverzní. 2. ledna 2019.
  19. ^ Měsíční rostliny Experiment LPX. NASA. Přístup k 5. lednu 2019.
  20. ^ Další hranice NASA: Pěstování rostlin na Měsíci. Tarun Wadhwa, Forbes. 2013.
  21. ^ Wheeler, Raymond (2010). „Rostliny na podporu lidského života ve vesmíru: od Myerse po Mars“. Gravitační a vesmírná biologie. 23: 25–36.

externí odkazy