Om mänskligheten ska bli en sparsam och interplanetär art, en av de viktigaste sakerna kommer att vara astronauternas förmåga att självständigt se till sina behov. Att förlita sig på regelbundna leveranser av förnödenheter från jorden är inte bara oelegant; det är också opraktiskt och dyrt. Av denna anledning, forskare arbetar för att skapa teknik som skulle göra det möjligt för astronauter att försörja sin egen mat, vatten och andningsluft.

För detta ändamål, ett team av forskare från Tomsk Polytechnic University i centrala Ryssland – tillsammans med forskare från andra universitet och forskningsinstitut i regionen – utvecklade nyligen en prototyp för ett orbitalt växthus. Känd som Orbital Biological Automatic Module, den här enheten tillåter astronauter att odla och odla växter i rymden, och kan vara på väg till den internationella rymdstationen (ISS) under de kommande åren.

Sedan början av rymdåldern, otaliga experiment har visat att växter kan odlas under mikrogravitationsförhållanden. Dock, dessa studier utfördes med hjälp av växthus belägna i de levande avdelningarna av orbitalstationer, och innebar betydande begränsningar vad gäller teknik och utrymme.

Av denna anledning, ett forskarlag från TPU började arbeta med att skala och förbättra den teknik som behövs för att odla viktiga jordbruksgrödor. I projektgruppen ingår ytterligare forskare från Tomsk State University (TSU), Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics (TUSUR), institutet för petroleumkemi och det sibiriska forskningsinstitutet för jordbruk och torv.

Som Aleksei Yakovlev, chef för TPU School of Advanced Manufacturing Technologies, förklarade i en TPU News release:"För närvarande, vi förbereder en ansökan för experimentet och arbetar igenom den preliminära designen och tekniska lösningar. År 2020, vi bör fylla i ansökan och skicka in den. Sedan, ett samordningsråd kommer att utvärdera dess relevans och betydelse. Det brukar ta ett och ett halvt år från ansökan till att experimentet startar, så vi förväntar oss att gå med i ett långsiktigt program och få finansiering 2021."

Det smarta växthusprojektet kommer att införliva teknik som utvecklats vid TPU, som inkluderar smart belysning för att påskynda växttillväxt, specialiserad hydroponics, automatisk bevattning, och skördelösningar. För närvarande, TPU bygger en ny testplats så att de kan utöka produktionen på det smarta växthuset.

"I Tomsk, vi kommer att genomföra tvärvetenskapliga studier och lösa tillämpade problem inom området agrobiofotonik, sa Yakovlev.

I slutet, Yakovlev och hans kollegor föreställer sig en autonom modul som skulle kunna leverera mat till astronauter och potentiellt till och med docka med ISS. De angav också att modulen skulle innehålla en odlingsyta på 30 m² (~320 ft²) och att den skulle vara cylindrisk till formen. Yakolev indikerade att detta skulle tillåta modulen att snurras upp för att simulera olika gravitationsförhållanden:

"Gravitationsindexet kommer att ställas in av modulens rotationshastighet runt dess axel. Vi förväntar oss också att modulen kommer att vara gjord av flexibelt material för kompakt montering och automatisk orbital uppackning."

Dessa inkluderar gravitationsförhållandena som finns på månen och Mars, som upplever motsvarande cirka 16,5 % och 38 % jordens gravitation (0,1654 g och 0,3794 g), respektive. För närvarande, det är okänt hur väl växter kan växa på båda kroppen och forskning om detta är fortfarande i sin linda. Därav, informationen från denna modul kan visa sig användbar om och när planer för en mån- och/eller marskoloni förverkligas.

Designen och ingenjörskonsten som ingår i modulen kommer också att ta hänsyn till de typer av förhållanden som finns i rymden, såsom sol- och kosmisk strålning och extrema temperaturer. Bortom det, modulen kommer att undersöka vilka typer av grödor som växer bra i omloppsbana. Yakovlev sa, "En annan viktig fråga är valet av nödvändiga och mest lämpliga jordbruksgrödor och deras skydd mot patogener i mikrogravitation. Vi erbjuder olika typer av sallad, purjolök, basilika och andra grödor för odling i modulen."

Tre TPU-experiment godkändes nyligen för transport till ISS och kommer att implementeras senare i år. De inkluderar en enhet som kan 3D-utskrift av kompositmaterial, höljen för en svärm av satelliter, och en flerskikts nanokompositbeläggning som kommer att appliceras på ISS-porthålen för att skydda mot mikrometeoroidpåverkan (Peresvet). Deras implementering kommer att påbörjas senare i år och 2021.