Om människor ska resa till avlägsna destinationer i rymden som månen eller Mars, de kommer att behöva sätt att leva under långa perioder. Och en av de viktigaste utmaningarna med det inkluderar hur man har säker mat och vatten att äta och dricka när man är långt från jorden.

På den internationella rymdstationen (ISS), astronauter kan få förråd från jorden från lastfarkoster som besöker rymdstationen, det tar bara sex timmar att komma dit. Men restiden till Mars är minst åtta månader. Och om du är på den röda planeten, du måste göra det ensam.

Forskare har arbetat för att ta itu med detta problem. De har letat efter sätt för astronauter att producera sitt eget rent vatten och odla sin egen mat. Och lika viktigt, de ser till att risken för kontaminering minskar, att hålla astronauter så säkra och friska som möjligt på långvariga uppdrag.

Rent vatten

Att dricka vatten är något som många av oss tar för givet på jorden, men på rymduppdrag är det svårare att komma förbi. ISS återvinner mycket av sitt vatten med hjälp av kemikalier, men den förlitar sig fortfarande på betydande transporter av vatten från jorden för att ge sina astronauter tillgång till rent vatten.

Ett projekt kallat BIOWYSE hoppades kunna hitta en lösning på vattenproblemet för långa uppdrag. Projektet tittade på sätt att lagra vatten under längre tidsperioder, övervaka den i realtid för kontaminering från mikrober, och fördela sedan rent dricksvatten närhelst det behövs genom att dekontaminera vattnet med UV-ljus istället för kemikalier.

"Vi ville ha ett system där du tar det från A till Ö, från att lagra vattnet till att göra det tillgängligt för någon att dricka, " sa Dr Emmanouil Detsis, koordinatorn för BIOWYSE. "Det betyder att du lagrar vattnet, du kan övervaka biokontaminationen, du kan desinficera om du måste, och slutligen levererar du till koppen för att dricka."

Slutresultatet blev en helautomatiserad maskin som kunde utföra alla dessa uppgifter. "När någon vill dricka vatten trycker du på knappen, " sa Dr. Detsis. Vattnet är kontrollerat, saneras vid behov, sedan levereras. "Det är som en vattenkylare, " han sa.

Forskare undersöker hur man kan sanera vatten som har lagrats i rymden under lång tid med UV-ljus snarare än med kemikalier. Bildkredit—BIOWYSE-konsortium

Maskinen kunde till och med analysera prover från våta ytor inuti en rymdfarkost för att se om de hade blivit förorenade och var farliga för astronauter. "Inuti den slutna livsmiljön, du börjar få fukten att byggas upp och du kan ha hörn eller områden där de inte är rena, " sa Dr. Detsis. "Så vi utvecklade något som kunde kontrollera dessa områden på ett snabbt sätt."

Projektet utvecklade en prototyp av denna maskin på jorden, mäter ungefär en meter lång, med tanken att en mindre version skulle kunna användas någonstans som ISS. I sista hand, dock, tanken var att ett system som BIOWYSE skulle kunna vara användbart för framtida utforskning, och prototypen förblir tillgänglig för alla tillämpliga uppdrag i framtiden.

"Systemet är designat med framtida livsmiljöer i åtanke, " sa Dr. Detsis. "Så en rymdstation runt månen, eller ett fältlaboratorium på Mars i decennier framöver. Det här är platser där vattnet kan ha legat där en tid innan besättningen anländer."

Självförsörjning

Vatten är svårt att få tag på, men det är inte ont om i solsystemet. Månen och Mars har båda is som teoretiskt skulle kunna förvandlas till dricksvatten. Men en svårare möjlighet till självförsörjning är mat - all mat för astronauter måste hämtas från jorden.

Det finns några utvecklande idéer om hur man odlar mat utan ständiga återförsörjningsuppdrag. I flera år på ISS, astronauter har använt maskiner som European Modular Cultivation System (EMCS), lanserades 2006, att forska om tillväxten av växter som krasse. ECMS ersattes av en liknande maskin som heter Biolab 2018.

Dr Ann-Iren Kittang Jost från Center for Interdisciplinary Research in Space (CIRiS) i Norge, var projektkoordinator på TIME SCALE, ett projekt som tittade på sätt att utveckla ett nytt system för att odla växter som är säkra att äta i rymden. När Dr Kittang Jost startade projektet, EMCS hade redan funnits i rymden i ett decennium och det var dags att uppgradera det, hon säger.

"Vi (behöver) toppmodern teknik för att odla mat för framtida rymdutforskning till månen och Mars."

Dr Ann-Iren Kittang Jost, Centrum för tvärvetenskaplig forskning i rymden, Norge

TIME SCALE syftade till att ta fram en metod för att återvinna vatten och näring i en framtida odlingsmaskin, och övervaka även växternas hälsa lättare, att utveckla en idé för ett 'växthus' i rymden.

"Vi (behöver) toppmodern teknik för att odla mat för framtida rymdutforskning till månen och Mars, " Hon sa, samt nya idéer. "Vi tog (ECMS) som utgångspunkt för att definiera koncept och teknologier för att lära oss mer om att odla grödor och växter i mikrogravitation."

TIME SCALE föreställde sig en maskin som skulle ha större utrymme för att odla växter än EMCS i en resväska, med fler funktioner. "Vi byggde en prototyp som visade att vi kunde återvinna näringsämnena och vi kunde odla sallad eller sallad där, " sa Dr. Kittang Jost. "Vi kunde producera dem, och övervaka näringsämnena i vattnet. Vi bevisade konceptet."

Som med Biolab och ECMS, prototypen designades för att använda en snurrande centrifug för att simulera gravitationen på månen och Mars för att mäta växternas upptag av näringsämnen eller vatten, till exempel. 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."