Als de mensheid een reserve-varende en interplanetaire soort gaat worden, een van de belangrijkste dingen is het vermogen van astronauten om onafhankelijk in hun behoeften te voorzien. Vertrouwen op regelmatige leveringen van voorraden van de aarde is niet alleen onelegant; het is ook onpraktisch en duur. Om deze reden, wetenschappers werken aan technologieën waarmee astronauten in hun eigen voedsel kunnen voorzien, water en ademende lucht.

Hiertoe, een team van onderzoekers van de Tomsk Polytechnic University in centraal Rusland - samen met wetenschappers van andere universiteiten en onderzoeksinstituten in de regio - heeft onlangs een prototype ontwikkeld voor een orbitale kas. Bekend als de orbitale biologische automatische module, met dit apparaat kunnen astronauten planten in de ruimte laten groeien en kweken, en zou de komende jaren naar het International Space Station (ISS) kunnen gaan.

Sinds het begin van het ruimtetijdperk, talrijke experimenten hebben aangetoond dat planten kunnen worden gekweekt onder omstandigheden van microzwaartekracht. Echter, deze studies werden uitgevoerd met behulp van kassen in de wooncompartimenten van orbitale stations, en bracht aanzienlijke beperkingen met zich mee op het gebied van technologie en ruimte.

Om deze reden, een onderzoeksteam van TPU begon te werken aan het opschalen en verbeteren van de technologieën die nodig zijn voor het verbouwen van belangrijke landbouwgewassen. Het projectteam omvat extra onderzoekers van de Tomsk State University (TSU), Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics (TUSUR), het Institute of Petroleum Chemistry en het Siberian Research Institute of Agriculture and Turf.

Zoals Aleksej Jakovlev, hoofd van de TPU School of Advanced Manufacturing Technologies, uitgelegd in een TPU-nieuwsbericht:"Momenteel, we bereiden een aanvraag voor het experiment voor en werken door het voorlopige ontwerp en de technische oplossingen. in 2020, we moeten de aanvraag voltooien en indienen. Vervolgens, een coördinatieraad zal de relevantie en het belang ervan evalueren. Het duurt meestal anderhalf jaar vanaf de aanvraag tot de start van het experiment, dus we verwachten deel te nemen aan een langetermijnprogramma en financiering te ontvangen in 2021."

Het slimme kasproject zal technologieën bevatten die zijn ontwikkeld bij TPU, waaronder slimme verlichting om de plantengroei te versnellen, gespecialiseerde hydrocultuur, geautomatiseerde irrigatie, en oogstoplossingen. Momenteel, TPU bouwt een nieuwe proeftuin zodat ze de productie op de slimme kas kunnen uitbreiden.

"In Tomsk, we zullen interdisciplinaire studies uitvoeren en toegepaste problemen op het gebied van agrobiofotonica oplossen, ' zei Jakovlev.

Uiteindelijk, Yakovlev en zijn collega's stellen zich een autonome module voor die in staat zou zijn om voedsel voor astronauten te leveren en mogelijk zelfs te koppelen aan het ISS. Ze gaven ook aan dat de module een teeltoppervlak van 30 m² (~320 ft²) zou bevatten en dat deze cilindrisch van vorm zou zijn. Yakolev gaf aan dat hierdoor de module kan worden rondgedraaid om verschillende zwaartekrachtomstandigheden te simuleren:

"De zwaartekrachtindex wordt bepaald door de rotatiesnelheid van de module om zijn as. We verwachten ook dat de module van flexibel materiaal zal worden gemaakt voor compacte montage en automatisch orbitaal uitpakken."

Deze omvatten de zwaartekrachtomstandigheden die aanwezig zijn op de maan en Mars, die het equivalent van ongeveer 16,5% en 38% zwaartekracht van de aarde ervaren (0,1654 g en 0,3794 g), respectievelijk. Momenteel, het is niet bekend hoe goed planten op beide lichamen kunnen groeien en onderzoek naar dat effect staat nog in de kinderschoenen. Vandaar, de informatie die door deze module wordt verstrekt, kan nuttig zijn als en wanneer plannen voor een maan- en/of Marskolonie worden gerealiseerd.

Het ontwerp en de techniek die in de module gaan, houden ook rekening met de soorten omstandigheden die in de ruimte aanwezig zijn, zoals zonne- en kosmische straling en extreme temperaturen. Verder dan dat, de module gaat onderzoeken welke soorten gewassen goed groeien in een baan om de aarde. Jakovlev zei, "Een ander belangrijk punt is de selectie van noodzakelijke en meest geschikte landbouwgewassen en hun bescherming tegen ziekteverwekkers in microzwaartekracht. We bieden verschillende soorten sla, prei, basilicum en andere gewassen voor de teelt in de module."

Drie TPU-experimenten zijn onlangs goedgekeurd voor transport naar het ISS en zullen later dit jaar worden uitgevoerd. Ze omvatten een apparaat dat composietmaterialen in 3D kan printen, behuizingen voor een zwerm satellieten, en een meerlaagse nanocomposietcoating die op de patrijspoorten van het ISS zal worden aangebracht om te beschermen tegen micrometeoroïde-inslagen (Peresvet). De implementatie ervan begint later dit jaar en in 2021.