Färsk mat är så attraktiv för astronauter att de firade med sallad när de kunde odla några salladshuvuden på den internationella rymdstationen för tre år sedan. År 2021, forskare hoppas kunna odla bönor i rymden i högteknologiska planteringskärl som utvecklats vid Norges tekniska universitet (NTNU).

"Astronauter gillar trädgårdsarbete och allt som påminner dem om livet på jorden. De tycker om att sköta och vattna grönsakerna, och få dem att gro, säger Silje Wolff, en växtfysiolog vid Center for Interdisciplinary Research in Space (CIriS), som är en del av NTNU Samhällsforskning. Wolff har precis avslutat ett experiment som gick ut på att odla sallad för odling i rymden. Sallaten planterades i konstgjord jord gjord av lavasten. Målet är att växterna ska växa direkt i vatten som kompletteras med växtnäring.

"Drömmen för varje astronaut är att kunna äta färsk mat som jordgubbar, körsbärstomater eller något som är riktigt smakrikt. Någon dag, det kommer säkert att vara möjligt. Vi tänker oss ett växthus med flera sorters grönsaker, säger Wolff.

De längsta vistelserna på den internationella rymdstationen har varit sex månader. Människor som reser till Mars måste vara beredda att stanna i rymden i minst ett år. European Space Agency planerar att bygga en månbas 2030 som en mellanlandning på vägen till Mars. NASA planerar att flyga direkt till planeten med ett landningsdatum som mål 2030.

"Så som rymdresor fungerar idag, det är nästan omöjligt att ta med alla resurser du behöver. Det är därför vi måste utveckla ett biologiskt system så att astronauter kan producera sin egen mat, och återvinna alla resurser, säger Wolff.

Dagens astronauter äter bara frystorkad och vakuumförpackad mat. "Astronauter kämpar med att ha liten aptit. De går ofta ner i vikt. Att ta itu med den psykologiska aspekten av att äta något färskt är ett av våra mål. Vakuumförpackad mat påminner dig inte riktigt om mat. Att ha något färskt som triggar aptiten och det rätta. receptorer i hjärnan är viktiga, säger Wolff.

NTNU och CIRiS samarbetar med italienska och franska forskare i deras strävan att odla växtbaserad mat för långa rymdresor. CIRiS testar den nya utrustningen tillverkad av NTNU:s tekniska verkstad – sofistikerade planteringsmaskiner som reglerar allt vatten, näringsämnen, gas och luft som växterna behöver. I rymden, allt vatten och mat måste återvinnas. Detta innebär att växtgödslingen måste vara så exakt som möjligt.

Wolff har genomfört experiment i klimatreglerade tillväxtkammare i Nederländerna som en aspekt av denna forskning.

Av alla näringsämnen växter behöver, de använder mest kväve. Under sina experiment, Wolff tittade på olika näringsdoser och hur de påverkade växternas vattenupptag. "Vi fann att växter kan, på ett sätt, "dofta" mängden näringsämnen som är tillgängliga för dem. När kvävekoncentrationen är mycket låg, växten kommer att absorbera mer vatten, och därmed mer kväve, tills den når en optimal nivå. Växten har en mekanism som slår på när kvävenivån är tillräcklig. Sedan justerar den ner både kväve- och vattenupptaget, säger Wolff.

Allt som kan testas på jorden har nu genomförts. Nästa steg är att odla bönor i rymden för att observera effekten av ingen gravitation på växternas förmåga att transportera vatten och absorbera näringsämnen. Att simulera frånvaron av gravitation kan inte göras på jorden.

Bönorna placeras i en centrifug för att gro och växa i rymdstationen. Centrifugen roteras för att simulera olika gravitationsnivåer.

"Konsten att få något att växa i rymden kan överföras till vår planet, " sa Wolff. "Det här är hur vi skapar en uppställning som producerar både mikrogravitationsförhållandena i rymdstationen och den en-g-kraft som finns på jorden."

Det gör att hon kan jämföra hur de olika gravitationsnivåerna påverkar växterna i rymden. På jorden, gravitationen gör att varm luft stiger medan kall luft sjunker. I rymdstationen, luften är mer stationär, och astronauter har alltid låggradig feber som ett resultat. Växter påverkas också.

"Stationär luft påverkar ett lager på undersidan av bladet där stomiporerna finns. När gravitationen försvinner, gränsskiktet i de slitsformade öppningarna tjocknar. Detta minskar avdunstning och gör att bladtemperaturen ökar. Vattenångdiffusion till miljön är en viktig del av växtregleringen och kan jämföras med svettningar för att kyla kroppen hos människor och djur, säger Wolff.

Livsmedelsproduktion i städer ger en möjlighet att producera mer mat på det mest hållbara sättet. Städer har inte mycket jord för odling, men boende kan plantera direkt i vatten i slutna inomhussystem där alla aspekter av klimatet är reglerade. "Återvinning och exakt gödsling är nyckeln till att uppnå en mer hållbar livsmedelsproduktion. Genom att odla växter direkt i vatten med lösta näringsämnen, gödsling och bevattning är mycket lättare att kontrollera, säger Wolff.

"Växterna blir mindre känsliga för näringsbrist eftersom rötterna är i direkt kontakt med näringsämnena. De har alltid tillgång till nya näringsämnen genom vattnet, och kan använda absolut all näring som finns tillgänglig — till skillnad från med jord som binder näringsämnena och påverkar deras tillgänglighet till rötterna. Och rötterna ruttnar inte när vattnet blandas med lite syre, " hon säger.