Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe ruimtelandbouw werkt

Veronica Ann Zabala-Aliberto werkt aan een aardgebonden landbouwexperiment met een gesloten systeem dat nuttig zijn voor buitenaardse reizen en nederzettingen. Het experiment vindt plaats in het Mars Desert Research Station in Utah. Bekijk meer astronautenfoto's. George Frey/Getty Images

Belangrijkste punten

  • Ruimtelandbouw bestudeert de effecten van microzwaartekracht op plantengroei, waarbij de nadruk ligt op hoe planten wortels en stengels oriënteren met verminderde zwaartekracht, wat cruciaal is voor potentiële landbouw op de maan of Mars.
  • In de ruimte is efficiënt energiegebruik van cruciaal belang. Daarom gebruiken onderzoekers light-emitting diodes (LED's) om natuurlijk zonlicht na te bootsen voor de groei van planten, waarbij rekening wordt gehouden met factoren als energieverbruik, warmteproductie en duurzaamheid.
  • Onderzoekers testen verschillende wortelmaterialen voor optimale water- en luchtverdeling bij lage zwaartekracht, terwijl apparatuur voor ruimtelandbouw compact moet zijn en geïntegreerd moet zijn met levensondersteunende systemen om koolstofdioxide en zuurstof efficiënt uit te wisselen.

Heeft u zich ooit afgevraagd waar we huizen zullen bouwen en wijken zullen uitbreiden naarmate we steeds meer van het bewoonbare land van de aarde in beslag nemen? Misschien wordt ruimte de volgende buitenwijk? Maar voordat we kinderen een intergalactische schoolbusrit laten maken, moeten we nieuwe manieren bedenken om alledaagse taken in de ruimte uit te voeren, zoals het verbouwen van voedsel. Internationale organisaties besteden tijd en middelen aan de ontwikkeling van het behoud van menselijk leven buiten de aarde. Enkele van de doelstellingen van de ruimteprogramma's omvatten de aanstaande terugkeer naar en uiteindelijke vestiging van de maan , samen met de komende bemande reizen naar Mars .

Het Internationale ruimtestation (ISS ) biedt een samenwerkingsplatform waarop onderzoek kan worden gedaan naar de cruciale uitdagingen die gepaard gaan met het langdurig in de ruimte brengen van mensen. En onderzoekers moeten deze uitdagingen overwinnen voordat lange vluchten en permanente habitats in de ruimte mogelijk zijn.

Astronautenafbeeldingengalerij

Ruimtelandbouw vereist meer begrip als mensen in de ruimte willen overleven zonder voortdurend contact vanaf de aarde. Ruimtelandbouw verwijst eenvoudigweg naar het kweken van planten in de ruimte. Op het eerste gezicht lijkt dit misschien niet al te lastig, maar de inherente eigenschappen van de ruimte en ons vermogen om te reizen en in de omgeving ervan te leven, maken de situatie enorm ingewikkeld.

Gelukkig heeft het ISS een heel team astronauten (groene vingers niet vereist) van over de hele wereld, gespecialiseerd in verschillende wetenschappelijke en technische gebieden. Astronauten voeren experimenten uit en verbeteren onze kennis over het kweken van planten in de ruimte, evenals in vele andere kritische arena's van de wetenschap. Aardgebonden onderzoekers en wetenschappers analyseren de resultaten en voeren hun eigen experimenten uit, waarbij ze nieuwe theorieën en mogelijke oplossingen bedenken om te testen.

Voordat we kijken naar de vooruitgang die de experts hebben geboekt op het gebied van ruimtelandbouw, gaan we eerst wat dieper in op de obstakels waarmee ze worden geconfronteerd.

Geschiedenis van het ISS

De VS hadden het idee van een ruimtestation al sinds de regering-Reagan omarmd. In 1993 besloten de VS en Rusland hun ruimtestationplannen samen te voegen en andere landen uit te nodigen om bij het project betrokken te raken. De eerste in een baan om de aarde draaiende componenten van het ISS werden in 1998 in de ruimte met elkaar verbonden, en sindsdien is het station stukje bij beetje gegroeid. In 2000 arriveerden er astronauten. Twee jaar later installeerden astronauten Lada , de aan de muur gemonteerde kas van het station die wordt gebruikt bij experimenten en als bron van vers voedsel. Een tweede faciliteit aan boord van het ISS, genaamd het European Modular Cultivation System , wordt gebruikt om planten te bestuderen en andere experimenten uit te voeren.

Inhoud
  1. De uitdagingen van ruimtelandbouw
  2. Onderzoek naar ruimtelandbouw
  3. De impact van ruimtelandbouw

De uitdagingen van ruimtelandbouw

Planten moeten worden gekweekt in speciale groeikamers aan boord van het ISS. De astronauten voeren experimenten uit met zowel de planten als de groeikamers, in een poging het proces van ruimtelandbouw te leren kennen en te verbeteren. Foto met dank aan NASA

Laten we, om de uitdagingen van ruimtelandbouw te begrijpen, eens kijken naar enkele elementen die de plantengroei in de ruimte beïnvloeden.

Minder zwaartekracht

De huidige experimenten met ruimtelandbouw onderzoeken verschillende aspecten van landbouw in microzwaartekracht (een term om een ​​omgeving met weinig of geen zwaartekracht te beschrijven). Deze experimenten zouden nuttig kunnen zijn in het gerelateerde geval van landbouw op het oppervlak van de maan of Mars, die een aanzienlijk lagere zwaartekracht hebben dan de aarde. Planten ontlenen hun signalen aan de zwaartekracht voor aspecten van hun groei, zoals wortel- en stengeloriëntatie. Wetenschappers analyseren of planten goed kunnen groeien met lagere zwaartekrachtniveaus, en wat die niveaus precies zijn.

Kunstmatige verlichting

De meeste planten op aarde hebben toegang tot veel natuurlijk zonlicht en groeien naar dat licht toe, maar onderzoekers moeten planten die in de ruimte groeien voor de gek houden om hetzelfde gedrag te volgen. De keuze voor verlichting in de groeikamers is om meerdere redenen een belangrijke overweging. Het is belangrijk om energie efficiënt te gebruiken in de ruimte, omdat de hulpbronnen beperkt zijn. Er mag geen energie worden verspild aan lampen die hun rendement niet maximaliseren. Bovendien creëren verschillende soorten verlichting verschillende niveaus van warmte, en extra warmte is iets dat ruimtevaartuigen moeten elimineren (onderzoekers geven de voorkeur aan lampen die weinig warmte produceren). Bovendien hebben astronauten geen extra ruimte om reservelampen door de ruimte te slepen, dus hebben ze een verlichtingsbron nodig die lang meegaat, zoals lichtgevende diodes (LED's).

Verschillende bewortelingsmaterialen

Weinig tot geen zwaartekracht kan de werking van het wortelmateriaal beïnvloeden. Verschillende bewortelingsmaterialen en bodems zijn beter dan andere als het gaat om de water- en luchtverdeling - beide essentieel voor een succesvolle plantengroei. In de ruimte kunnen korrelige bodems ervoor zorgen dat water zich verspreidt en fijne bodems kunnen de luchtstroom verhinderen [bron:Franzen]. Onderzoekers experimenteren met vele mogelijkheden, waaronder kleideeltjes, hydrocultuur en een materiaal als veenmos.

Verontreinigingen

Planten groeien door gebruik te maken van de lucht, de vochtigheid en de microzwaartekracht van het ruimtevaartuig - omstandigheden die verschillen van die op aarde. Onderzoekers bestuderen of eventuele verontreinigende stoffen en gevaarlijke organismen uit de ruimte de in de ruimte gekweekte planten zullen aantasten, waardoor ze onconsumeerbaar worden voor mensen. Veranderingen in hun genetische codes kunnen op andere manieren schadelijk zijn. Er is een mogelijkheid dat als astronauten de planten terugbrengen en ze vermengen met de planten die op aarde groeien, we uiteindelijk de ruimteversie van kudzu kunnen krijgen. Kudzu (Pueraria montana ) is een invasieve plantensoort die eind 19e eeuw vanuit Japan naar de VS werd gebracht.

Beperkte beschikbare ruimte

De beperkte ruimten van ruimtevaartuigen zijn heel anders dan de enorme, glooiende landerijen op aarde. Onderzoekers moeten een efficiënt, gestroomlijnd apparaat ontwikkelen dat gewassen kan vasthouden terwijl ze groeien in een beperkte ruimte. Kweekmachines moeten automatisch zijn (of in ieder geval die mogelijkheid hebben) en in staat zijn om watergift, vochtigheid, verlichting, luchtcirculatie en voedingsstoffentoevoer te regelen. Deze kweekmachines moeten ook worden geïntegreerd met het levensondersteunende systeem om kooldioxide en zuurstof succesvol uit te wisselen.

Wanneer kunnen astronauten de eerste saladebar in de ruimte bezoeken? Het kan nog een tijdje duren voordat onderzoekers proberen de obstakels die ruimtelandbouw met zich meebrengt te begrijpen en te overwinnen. Lees de volgende pagina voor meer informatie over hun onderzoek en waarom insecten ruimtevoedsel van de toekomst kunnen worden.

Onderzoek naar ruimtelandbouw

Het internationale ruimtestation zweeft boven Miami. StockTrek/Digital Vision/Getty Images

Onderzoek in de ruimtevaart richt zich doorgaans op planten die een hoge opbrengst aan eetbare delen hebben en in kleine ruimtes kunnen gedijen. Onderzoekers zijn begonnen met het kweken van een verscheidenheid aan planten in de ruimte, waaronder zandraket, linzen, tarwe, bladsaladeplanten, veldmosterdplanten en sojabonen.

En met deze planten bepalen onderzoekers hoe de ruimtelandbouwoperaties van de toekomst zullen functioneren. Planten hebben nog steeds alle basisproducten nodig die ze op aarde ontvangen:water, koolstofdioxide en voedingsstoffen. Hoewel planten met weinig zwaartekracht kunnen leven, is het het beste om op zijn minst een kleine hoeveelheid te hebben om groeiproblemen te voorkomen. Kunstmatige zwaartekracht , geproduceerd door een mechanische centrifuge, helpt dit probleem op te lossen. Experimenten die de hoeveelheid en duur van kunstmatige zwaartekracht controleren, helpen onderzoekers bepalen hoeveel zwaartekracht de richting van wortelgroei beïnvloedt. Gelukkig hebben de maan en Mars allebei een bepaald niveau van zwaartekracht, wat zal helpen bij het in stand houden van het plantenleven op deze hemellichamen.

De resultaten van het onderzoek tot nu toe zijn gemengd. In sommige gevallen weerspiegelden de planten en zaden die werden gekweekt en teruggestuurd uit het ISS de controlegroep op de grond. In andere experimenten waren ze vergelijkbaar, maar iets groter of groter. In nog meer tests ontdekten onderzoekers significante verschillen tussen de planten die onder microzwaartekracht groeiden en planten die onder normale zwaartekracht groeiden.

Uit resultaten van het onderzoek naar het Biomassaproductiesysteem (BPS) van NASA bleek bijvoorbeeld dat, hoewel de twee groepen planten op dezelfde manier groeiden, de onrijpe zaden die op het ISS werden gekweekt zich met verschillende snelheden ontwikkelden. De zaadontwikkelingssnelheden van de controlegroep waren allemaal hetzelfde. Elementen zoals zaadeiwit en oplosbare koolhydraten in de ISS-zaailingen kwamen op andere niveaus voor dan die van de grondcontrolegroep. Onderzoekers merkten op dat dit de smaak van voedsel uit de ruimte zou kunnen veranderen.

Het is echter belangrijk op te merken dat de gemengde resultaten verklaard kunnen worden door de diversiteit aan controlefactoren (zoals temperatuur, licht en vochtigheid) in de verschillende experimenten, de verschillende kweekapparaten, en het feit dat planten gewoonweg moeilijk te kweken zijn. groeien.

Nu we de proeven met ruimtelandbouwonderzoek hebben onderzocht, gaan we eens nader bekijken waarom dit onderzoek zo fundamenteel is voor toekomstige ruimteverkenning.

Eén grote sprong voor sprinkhanen

Of ze nu vleugels hebben of niet, sommige insecten kunnen de kans krijgen om te vliegen als ze worden geselecteerd om de ruimte in te gaan en deel uit te maken van het ruimtelandbouwonderzoek. Hoewel veel plantendelen oneetbaar zijn voor mensen, vormen ze een heerlijke maaltijd voor insecten. Insecten kunnen veel van dit oneetbare materiaal omzetten in iets nuttigers, zoals kunstmest.

Deze insecten vormen ook een uitstekende bron van voedingsstoffen voor mensen of dieren in de ruimte. Een sprinkhaan kan een welkome, zo niet knapperige, afwisseling zijn voor astronauten die leven van gedehydrateerde maaltijden. En sommige insecten kunnen extra voordelen hebben voor ruimtereizigers op lange termijn. De zijde geproduceerd door zijderupsen kan bijvoorbeeld worden geweven tot touw en kleding.

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Nobel werpt licht op paleogenetica, studie van oud DNA
  2. Heerlijke eiwitballetjes:CSIRO maakt van rood vlees een voedzaam poeder
  3. griezelige vraag bij vogelgriep:hoe dood je miljoenen pluimvee
  4. Naburige celtypes beïnvloeden de variabiliteit van genexpressie in één cel
  5. Biomoleculaire condensaten:onderzoek onthult een slechte voorspellende kracht van gevestigde vloeistof-vloeistoffasescheidingstesten
  6. Wat zijn de stappen van de stikstofcyclus?
  7. Selenium beschermt specifieke interneuronen in de hersenen
  8. Van wilde kamelen tot cocaïne-nijlpaarden, grote dieren verwilderen de wereld
  9. Onderzoekers ontwikkelen krachtige nieuwe methode voor microbioomanalyse

Wetenschap