Als we ooit van plan zijn bemande missies naar verre ruimten te sturen, dan moeten we oplossingen bedenken om de bemanning bevoorraad te houden. Voor astronauten aan boord van het International Space Station (ISS), die regelmatig bevoorradingsmissies van de aarde ontvangen, dit is geen probleem. Maar voor missies die naar bestemmingen zoals Mars en verder reizen, zelfvoorziening is de naam van het spel.

Dit is het idee achter projecten als BIOWYSE en TIME SCALE, die worden ontwikkeld door het Centrum voor Interdisciplinair Onderzoek in de Ruimte (CIRiS) in Noorwegen. Bij deze twee systemen gaat het erom astronauten te voorzien van een duurzame en hernieuwbare voorziening van drinkwater en plantaardig voedsel. Door dit te doen, ze voorzien in twee van de belangrijkste behoeften van mensen die langdurige missies uitvoeren die hen ver van huis zullen brengen.

Hoewel het ISS in slechts zes uur kan worden bevoorraad (de tijd tussen de lancering en de tijd dat een bevoorradingscapsule bij het station zal aanmeren), astronauten vertrouwen nog steeds op instandhoudingsmaatregelen terwijl ze in een baan om de aarde zijn. In feite, ongeveer 80% van het water aan boord van het ISS is afkomstig van waterdamp in de lucht die wordt gegenereerd door ademen en zweten, evenals gerecycled douchewater en urine - die allemaal zijn behandeld met chemicaliën om het veilig te maken om te drinken.

Eten is een andere zaak. NASA schat dat elke astronaut aan boord van het ISS 0,83 kg (1,83 pond) voedsel per maaltijd zal consumeren, wat neerkomt op ongeveer 2,5 kg (5,5 lbs) per dag. Ongeveer 0,12 kg (0,27 pond) van elke maaltijd komt alleen uit het verpakkingsmateriaal, wat betekent dat een enkele astronaut bijna een pond afval per dag zal produceren - en dat is nog niet eens inclusief het andere soort "afval" dat voortkomt uit eten.

Kortom, het ISS vertrouwt op kostbare bevoorradingsmissies om 20% van zijn water en al zijn voedsel te leveren. Maar als en wanneer astronauten buitenposten vestigen op de maan en Mars, dit is misschien geen optie. Terwijl het verzenden van voorraden naar de maan in drie dagen kan, de noodzaak om dit regelmatig te doen, zal de kosten van het verzenden van voedsel en water onbetaalbaar maken. In de tussentijd, het duurt acht maanden voordat ruimtevaartuigen Mars bereiken, wat totaal onpraktisch is.

Het is dus geen wonder dat de voorgestelde missie-architecturen voor de maan en Mars in-situ gebruik van hulpbronnen (ISRU) omvatten, waarin astronauten lokale middelen zullen gebruiken om zo zelfvoorzienend mogelijk te zijn. IJs op de maan- en Marsoppervlakken, een goed voorbeeld, zal worden geoogst om te voorzien in drink- en irrigatiewater. Maar missies naar deep-space-locaties hebben deze optie niet terwijl ze onderweg zijn.

Om te zorgen voor een duurzame watervoorziening, Dr. Emmanouil Detsis en collega's ontwikkelen de Biocontamination Integrated Control of Wet Systems for Space Exploration (BIOWYSE). Dit project begon als een onderzoek naar manieren om zoet water voor langere tijd op te slaan, controleer het in realtime op tekenen van besmetting, ontsmet het met UV-licht (in plaats van chemicaliën), en verdeel het indien nodig.

Het resultaat was een geautomatiseerde machine die al deze taken kon uitvoeren. Zoals Dr. Detsis uitlegde:"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. Dat betekent dat je het water opslaat, je bent in staat om de biocontaminatie te monitoren, je kunt desinfecteren als het moet, en tot slot lever je de beker in om te drinken... Als iemand water wil drinken, druk je op de knop. Het is als een waterkoeler."

Naast het monitoren van opgeslagen water, de BIOWYSE-machine is ook in staat om natte oppervlakken in een ruimtevaartuig te analyseren op tekenen van verontreiniging. Dit is belangrijk, door vochtophoping in gesloten systemen zoals ruimtevaartuigen en ruimtestations, waardoor water zich kan ophopen in onreine gebieden. Zodra dit water is teruggewonnen, dan wordt het noodzakelijk om al het water dat in het systeem is opgeslagen te ontsmetten.

"Het systeem is ontworpen met het oog op toekomstige habitats, " voegde Dr. Detsis toe. "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."

Het project Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration (TIME SCALE) is ontworpen om water en voedingsstoffen te recyclen voor het kweken van planten. Dit project staat onder toezicht van Dr. Ann-Iren Kittang Jost van het Centrum voor Interdisciplinair Onderzoek in de Ruimte (CIRiS) in Noorwegen.

Dit systeem is niet anders dan het European Modular Cultivation System (EMCS) of het Biolab-systeem, die in 2006 en 2018 (respectievelijk) naar het ISS zijn gestuurd om biologische experimenten in de ruimte uit te voeren. Geïnspireerd door deze systemen, Dr. Jost en haar collega's ontwierpen een "kas in de ruimte" die planten konden kweken en hun gezondheid konden bewaken. Zoals ze het uitdrukte:"We hebben ultramoderne technologieën nodig om voedsel te verbouwen voor toekomstige verkenning van de ruimte naar de maan en Mars. We hebben (het ECMS) als uitgangspunt genomen om concepten en technologieën te definiëren om meer te leren over het verbouwen van gewassen en planten in microzwaartekracht."

Net als zijn voorgangers, Biolab en het ECMS, het TIME SCALE-prototype vertrouwt op een draaiende centrifuge om de zwaartekracht van de maan en Mars te simuleren en meet het effect dat dit heeft op de opname van voedingsstoffen en water door planten. Dit systeem kan ook nuttig zijn hier op aarde, waardoor kassen nutriënten en water kunnen hergebruiken en geavanceerdere sensortechnologie om de gezondheid en groei van planten te monitoren.

Technologieën zoals deze zullen cruciaal zijn als het tijd is om een ​​menselijke aanwezigheid op de maan te vestigen, op Mars, en omwille van deep-space missies. In de komende jaren, NASA is van plan om de langverwachte terugkeer naar de maan te maken met Project Artemis, wat de eerste stap zal zijn in de totstandkoming van wat zij voor ogen hebben als een programma voor 'duurzame maanverkenning'.

Veel van die visie berust op het creëren van een orbitale habitat (de Lunar Gateway) en op de infrastructuur aan de oppervlakte (het Artemis Base Camp) die nodig is om een ​​blijvende menselijke aanwezigheid te ondersteunen. evenzo, wanneer NASA bemande missies naar Mars begint te maken, de missie-architectuur vraagt ​​om een ​​orbitale habitat (het Mars Base Camp), waarschijnlijk gevolgd door een aan de oppervlakte.

In alle gevallen, de buitenposten zullen relatief zelfvoorzienend moeten zijn, aangezien herbevoorradingsmissies ze niet binnen enkele uren kunnen bereiken. Dr. Detsis legde uit, "Het zal niet zijn zoals het ISS. Je zult niet altijd een constante bemanning hebben. Er zal een periode zijn waarin het laboratorium leeg kan zijn, en zal pas over drie of vier maanden (of langer) personeel hebben als de volgende ploeg arriveert. Water en andere hulpbronnen zullen daar zitten, en het kan micro-organismen opbouwen."

Technologieën die ervoor kunnen zorgen dat drinkwater veilig is, schoon, en met een constante aanvoer - en dat planten op een duurzame manier kunnen worden gekweekt - zullen buitenposten en diepe ruimtemissies een niveau van zelfvoorziening bereiken en minder afhankelijk zijn van de aarde.