Veel dingen veranderen voor astronauten als ze de aarde verlaten en de ruimte in gaan. maar minstens één blijft hetzelfde:ze hebben voedsel en water nodig. NASA heeft onlangs financiering toegekend aan twee teams van de Universiteit van Arizona om in de ruimte naar water te zoeken en voedsel te verbouwen.

Onder leiding van onderzoekers van het College of Engineering en College of Agriculture and Life Sciences, de missies zijn gericht op het oogsten van water van het maanoppervlak en het verbeteren van technieken voor de productie van microzwaartekrachtgewassen.

Water oogsten van de zuidpool van de maan

Er zijn kraters op de zuidpool van de maan die miljarden jaren donker zijn gebleven. maar wetenschappers hebben bewijs gevonden dat de regio water kan bevatten. Niet alleen cruciaal voor het in stand houden van het menselijk leven, water kan worden gebruikt voor robotmissies als brandstof, een stralingsscherm of een vorm van warmte-koudeopslag.

Als onderdeel van de Artemis Student Challenge, NASA heeft bijna $ 1 miljoen toegekend aan acht universiteitsteams om nieuwe methoden te ontwikkelen om te zoeken naar, en uiteindelijk uitpakken, water uit deze permanent beschaduwde gebieden.

Een gezamenlijk team van onderzoekers, geleid door de Colorado School of Mines in samenwerking met de Universiteit van Arizona, ontving $114, 000 voor een project dat laserkracht combineert met FemtoSats—klein, wegwerpsatellieten ter grootte van een boterham, ontwikkeld in het UArizona SpaceTREx Laboratory.

"Studenten bouwen eigenlijk een heel systeem, wat zeer zeldzaam is om te doen, met name op het gebied van ruimtevaart, " zei Jekan Thanga, assistent-professor lucht- en ruimtevaart en werktuigbouwkunde en hoofd van het SpaceTREx-laboratorium aan de Universiteit van Arizona. "Ons project is een opstap naar het opbouwen van de noodzakelijke technologieën om water op het maanoppervlak te onderzoeken en te onttrekken."

De Colorado School of Mines onderzoekt het concept van het gebruik van lasers om lichten en machines aan te drijven die worden gebruikt voor verkenning van de maan. Hoewel het koppelen van lasers met "de donkere kant van de maan" misschien een goed idee lijkt, de onderzoekers hebben een goedkope, manier om de levensvatbaarheid te testen van het gebruik van lasersignalen voor kracht en communicatie in een maanomgeving. Voer de FemtoSats in.

"Het bijzondere aan deze jongens (FemtoSats) is dat ze zo goedkoop zijn dat je tientallen kunt sturen, honderden, misschien zelfs duizenden voor de prijs van één gewone satelliet, " zei Thanga. "Omdat de omgeving van de zuidpool van de maan zo onbekend voor ons is, wegwerpruimtevaartuigen zijn een perfecte manier om deze regio's te verkennen zonder schade aan duurdere ruimtevaartuigen te riskeren."

In de voorgestelde missie een op de lander gemonteerde laser zal het oppervlak van de maan raken en de FemtoSats naar verschillende punten op het maanoppervlak lanceren met behulp van een jack-in-the-box-achtig mechanisme. De FemtoSats zullen het signaal van de laser ontvangen en terugzenden om de validiteit van het gebruik van de laser voor communicatie aan te tonen.

"Een van de meest opwindende dingen van deze uitdaging is dat een aantal van de concepten, indien bewezen levensvatbaar te zijn als gevolg van deze onderscheidingen, uiteindelijk kunnen worden geïntegreerd en samen worden bediend op het oppervlak van de maan, " zei Chad Rowe, waarnemend Space Grant projectmanager bij NASA Headquarters in Washington, gelijkstroom

Studenten van de Universiteit van Arizona die bij het project betrokken zijn, zijn onder meer afgestudeerde student Alvaro Diaz en studenten Matthew Johnson en Viru Vilvanathan - allemaal in het College of Engineering. Het Colorado School of Mines-team bestaat uit afgestudeerde studenten Ross Centers, David Dickson, Loren Kezer, Joshua Schertz en Adam Janikowski, onder leiding van George Sowers, praktijkdocent werktuigbouwkunde.

Gewassen telen in de ruimte

Bemande verkenning van de ruimte heeft al lang de harten en geesten van mensen over de hele wereld veroverd. Echter, een van de belangrijkste hindernissen voor de aanhoudende aanwezigheid van mensen op de maan en daarbuiten blijft:een duurzame en efficiënte manier om astronauten te voorzien van voedzaam en vers geteeld fruit en groenten.

De uitdaging? Gewichtloosheid. Simpel gezegd, water gedraagt ​​zich anders in de ruimte.

"Er is geen zwaartekracht, dus het is heel wat anders dan een tuin water geven in je achtertuin, " zei Murat Kacira, directeur van het Controlled Environment Agriculture Centre en hoogleraar bij de afdeling Biosystems Engineering. "Het houden van een goede balans van water en voedingsstoffen bij de wortels en het handhaven van voldoende zuurstofniveaus voor gewassen zijn echte problemen."

Verschillende systemen voor de productie van gewassen op het ruimtestation zijn met succes geëvalueerd en gedemonstreerd, inclusief het biomassaproductiesysteem, Groenteproductiesysteem en geavanceerde plantenhabitat.

In het groenteproductiesysteem, in de volksmond bekend als VEGGIE, een tuin ter grootte van een stuk handbagage bevat doorgaans ongeveer zes planten. Elke plant groeit in een "kussen" gevuld met een kleisubstraat en meststof die is ontworpen om water te helpen verdelen, voedingsstoffen en zuurstof rond de wortelzone.

Echter, uitdagingen blijven bestaan ​​voor duurzame voedselproductie.

Om de huidige ontwerpen te verbeteren en de doelen te ondersteunen om de verkenning van de menselijke ruimte te bevorderen, NASA heeft $ 1,12 miljoen toegekend aan de Universiteit van Arizona en vier andere onderzoeksteams. De opdracht:het ontwikkelen van een verbeterd water- en nutriëntenafgiftesysteem voor het telen van gewassen in microzwaartekrachtomstandigheden dat compatibel is met de beperkte beschikbare ruimte in habitats op het maanoppervlak en ruimtevaartuigen.

Onder leiding van Kacira, het UArizona-team brengt verschillende onderzoekers samen achter de inspanningen van de universiteit voor Prototype Lunar/Mars Greenhouse en Bioregeneratieve Life Support Systems, waaronder Phil Sadler, een botanicus en innovator die verantwoordelijk is voor het algehele ontwerp en de fabricage van de Lunar/Mars Greenhouse-modules, en Roberto Furfaro, directeur van het Space Systems Engineering Laboratory van het College of Engineering.

"Voortbouwend op onze geschiedenis met bioregeneratieve levensondersteunende systemen, we hebben een ongelooflijk interdisciplinair team van wetenschappers en ingenieurs samengesteld, " zei Kacira. "De technologie die we ontwikkelen ondersteunt niet alleen de toekomst van de verkenning van de ruimte, maar kan ook worden gebruikt om de voedselproductie hier op aarde te verbeteren."

Andere teamleden zijn onder meer Kitt Farrell-Poe, hoofd van de afdeling Biosystems Engineering en een expert in biologische processen, waterkwaliteit en waterbehandelingssystemen; Minkyu Kim, een biomedisch ingenieur die gespecialiseerd is in het ontwerpen en synthetiseren van kunstmatige eiwitten, polymeerfysica en zachte materialen; Barry Pryor, een professor aan de School of Plant Sciences die gespecialiseerd is in plantgezondheidsbeheer, plantenpathologie en mycologie; John Adams, de adjunct-directeur van Biosphere 2 en een expert in dieren in het wild, visserij en biologie; en Neal Barto, een tuinbouwingenieur die de ontwikkeling van sensoren gaat ondersteunen, instrumentatie en systeembewaking.

De Universiteit van Arizona zal ook samenwerken met Stefania De Pascale, Veronica de Micco, Youssef Rouphael en Chiara Amitrano van de Universiteit van Napels Federico II; Alberto Battistelli, Stefano Moscatello en Simona Proietti van de Italiaanse Nationale Onderzoeksraad; Daniel Schubert van het Duitse AeroSpace Center; Cesare Lobascio en Giorgio Boscheri van Thales Alenia Space-Italy; en Gary Stutte van SyNRGE LLC.