science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De voedsel- en watersystemen die astronauten nodig hebben om naar plaatsen zoals Mars te reizen

Het prototype ruimtekas ontwikkeld door het TIME SCALE-project toonde aan dat het mogelijk is om voedingsstoffen en water te recyclen om voedsel te verbouwen. Krediet:Karoliussen

Als mensen naar verre bestemmingen in de ruimte moeten reizen, zoals de maan of Mars, ze zullen manieren nodig hebben om voor lange tijd te leven. En een van de belangrijkste uitdagingen daarbij is hoe je veilig voedsel en water kunt hebben om te eten en drinken als je ver van de aarde bent.

Op het internationale ruimtestation (ISS), astronauten kunnen vanaf de aarde bevoorrading krijgen van vrachtruimtevaartuigen die het ruimtestation bezoeken, duurt slechts zes uur om er te komen. Maar de reistijd naar Mars is minimaal acht maanden. En als je op de Rode Planeet bent, je moet het alleen doen.

Wetenschappers hebben gewerkt om dit probleem aan te pakken. Ze hebben gekeken naar manieren waarop astronauten hun eigen schoon water kunnen produceren en hun eigen voedsel kunnen verbouwen. En net zo belangrijk, ze zorgen ervoor dat elk risico op besmetting wordt verminderd, om astronauten zo veilig en gezond mogelijk te houden tijdens langdurige missies.

Schoon water

Drinkwater is iets wat velen van ons als vanzelfsprekend beschouwen op aarde, maar op ruimtemissies is het moeilijker om langs te komen. Het ISS recyclet veel van zijn water met behulp van chemicaliën, maar het vertrouwt nog steeds op omvangrijke transporten van water van de aarde om zijn astronauten toegang te geven tot schoon water.

Een project genaamd BIOWYSE hoopte een oplossing te vinden voor het waterprobleem voor lange missies. In het project is gekeken naar manieren om water voor langere tijd op te slaan, controleer het in realtime op besmetting door microben, en verstrek vervolgens schoon drinkwater wanneer dat nodig is door het water te ontsmetten met UV-licht in plaats van chemicaliën.

"We wilden een systeem waarbij je het van A tot Z neemt, van het opslaan van het water tot het beschikbaar stellen voor iemand om te drinken, " zei Dr. Emmanouil Detsis, de coördinator van BIOWYSE. "Dat betekent dat je het water opslaat, je bent in staat om de biocontaminatie te monitoren, je kunt desinfecteren als het moet, en ten slotte lever je aan de beker om te drinken."

Het eindresultaat was een volledig geautomatiseerde machine die al deze taken kon uitvoeren. "Als iemand water wil drinken, druk je op de knop, " zei Dr. Detsis. Het water wordt gecontroleerd, indien nodig ontsmet, dan afgeleverd. "Het is als een waterkoeler, " hij zei.

Wetenschappers onderzoeken hoe water dat lange tijd in de ruimte is opgeslagen, kan worden ontsmet met UV-licht in plaats van met chemicaliën. Afbeelding tegoed—BIOWYSE-consortium

De machine kon zelfs monsters van natte oppervlakken in een ruimtevaartuig analyseren om te zien of ze besmet waren en gevaarlijk waren voor astronauten. "Binnen de gesloten habitat, je begint de vochtigheid op te bouwen en je hebt mogelijk hoeken of gebieden waar ze niet schoon zijn, "zei Dr. Detsis. "Dus hebben we iets ontwikkeld dat deze gebieden op een snelle manier kan controleren."

Het project ontwikkelde een prototype van deze machine op aarde, van ongeveer een meter lang, met het idee dat een kleinere versie ergens zoals het ISS zou kunnen worden gebruikt. uiteindelijk, echter, de gedachte was dat een systeem als BIOWYSE nuttig zou kunnen zijn voor toekomstige verkenning, en het prototype blijft beschikbaar voor eventuele toekomstige missies.

"Het systeem is ontworpen met het oog op toekomstige habitats, "zei Dr. Detsis. "Dus een ruimtestation rond de maan, of een veldlaboratorium op Mars in de komende decennia. Dit zijn plaatsen waar het water mogelijk al een tijdje heeft gestaan ​​voordat de bemanning arriveert."

Zelfvoorzienendheid

Wetenschappers onderzoeken hoe water dat lange tijd in de ruimte is opgeslagen, kan worden ontsmet met UV-licht in plaats van met chemicaliën. Krediet:BIOWYSE-consortium

Water is moeilijk te krijgen, maar het is niet schaars in het zonnestelsel. De maan en Mars hebben beide ijs dat in theorie in drinkwater kan worden omgezet. Maar een moeilijker vooruitzicht op zelfvoorziening is voedsel - al het voedsel voor astronauten moet van de aarde worden gehaald.

Er zijn enkele zich ontwikkelende ideeën om voedsel te verbouwen zonder constante bevoorradingsmissies. Sinds enkele jaren op het ISS, astronauten hebben machines gebruikt zoals het European Modular Cultivation System (EMCS), gelanceerd in 2006, om de groei van planten zoals zandraket te onderzoeken. Het ECMS werd in 2018 vervangen door een vergelijkbare machine genaamd Biolab.

Dr. Ann-Iren Kittang Jost van het Centrum voor Interdisciplinair Onderzoek in de Ruimte (CIRiS) in Noorwegen, was de projectcoördinator op TIME SCALE, een project waarin werd gekeken naar manieren om een ​​nieuw systeem te ontwikkelen om planten te kweken die veilig zijn om in de ruimte te eten. Toen Dr. Kittang Jost het project startte, het EMCS was al tien jaar in de ruimte en het was tijd om het te upgraden, ze zegt.

"We hebben ultramoderne technologieën nodig om voedsel te verbouwen voor toekomstige verkenning van de ruimte naar de maan en Mars."

Dr. Ann-Iren Kittang Jost, Centrum voor Interdisciplinair Onderzoek in de Ruimte, Noorwegen

TIME SCALE was gericht op het produceren van een methode om water en voedingsstoffen te recyclen in een toekomstige teeltmachine, en ook gemakkelijker de gezondheid van de planten bewaken, om een ​​idee te ontwikkelen voor een 'kas' in de ruimte.

"We hebben ultramoderne technologieën nodig om voedsel te verbouwen voor toekomstige verkenning van de ruimte naar de maan en Mars, " ze zei, maar ook nieuwe ideeën. "We hebben (het ECMS) als uitgangspunt genomen om concepten en technologieën te definiëren om meer te leren over het telen van gewassen en planten in microzwaartekracht."

TIME SCALE had een machine voor ogen die een grotere ruimte zou hebben om planten te laten groeien dan de EMCS ter grootte van een koffer, met meer functionaliteiten. "We hebben een prototype gebouwd om aan te tonen dat we de voedingsstoffen konden recyclen en we konden er salade of sla in telen, " zei Dr. Kittang Jost. "We zouden ze kunnen produceren, en controleer de voedingsstoffen in het water. We hebben het concept bewezen."

Net als bij Biolab en het ECMS, het prototype was ontworpen om een ​​draaiende centrifuge te gebruiken om de zwaartekracht op de maan en Mars te simuleren om de opname van voedingsstoffen of water door de planten te meten, bijvoorbeeld. Such ideas could not just useful for space travel, but for people on Earth too. "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."