Har du någonsin undrat var vi kommer att bygga bostäder och utöka stadsdelar när vi använder mer och mer av jordens beboeliga mark? Kanske blir utrymmet nästa förort? Men innan vi börjar skicka barn på en intergalaktisk skolbuss, måste vi hitta nya sätt att utföra vardagliga uppgifter i rymden, som att odla mat. Internationella organisationer ägnar tid och resurser åt utvecklingen av att upprätthålla mänskligt liv bortom jorden. Några av målen för rymdprogrammen inkluderar månens kommande återkomst till och eventuell avveckling. , tillsammans med de väntande bemannade resorna till Mars .
Internationella rymdstationen (ISS ) tillhandahåller en samarbetsplattform för att undersöka de kritiska utmaningarna med att sätta människor i rymden under en utdragen tidsperiod. Och forskare måste övervinna dessa utmaningar innan några långa flygningar och permanenta livsmiljöer i rymden kan hända.
Astronautbildgalleri
Rymdjordbruk kräver större förståelse om människor ska överleva i rymden utan konstant kontakt från jorden. Rymdodling syftar helt enkelt på att odla växter i rymden. Vid en första anblick kanske detta inte verkar så knepigt, men rymdens inneboende egenskaper och vår förmåga att resa och leva i sin miljö komplicerar situationen avsevärt.
Lyckligtvis har ISS ett helt team av astronauter (grön tumme krävs inte) från hela världen som specialiserar sig på en mängd olika vetenskapliga och tekniska områden. Astronauter genomför experiment och förbättrar vår kunskap om att odla växter i rymden, såväl som många andra kritiska vetenskapsarenor. Jordbundna forskare och vetenskapsmän analyserar resultaten och genomför sina egna experiment, funderar på nya teorier och möjliga lösningar att testa.
Innan vi tittar på de framsteg som experterna har gjort inom rymdodling, låt oss gräva lite djupare in i de hinder de möter.
Historien om ISSUSA hade sparkat runt idén om en rymdstation ända sedan Reagan-administrationen. 1993 beslutade USA och Ryssland att slå samman sina rymdstationsplaner och bjuda in andra länder att engagera sig i projektet. De första kretsande komponenterna av ISS sammanfogades i rymden 1998, och stationen har växt bit för bit sedan dess. Bosatta astronauter anlände år 2000. Två år senare installerade astronauter Lada , stationens väggmonterade växthus som används i experiment och som källa till färsk mat. En andra anläggning ombord på ISS, kallad European Modular Cultivation System , används för att studera växter och utföra andra experiment.
Innehåll
För att förstå utmaningarna med rymdodling, låt oss överväga några av de faktorer som påverkar växternas tillväxt i rymden.
Aktuella experiment med rymdodling undersöker olika aspekter av jordbruk i mikrogravitation (en term för att beskriva en miljö med liten eller ingen gravitation). Dessa experiment kan vara till hjälp i det relaterade fallet med jordbruk på ytan av månen eller Mars, som har betydligt lägre gravitationsnivåer än jorden. Växter tar sina ledtrådar från gravitationen för aspekter av deras tillväxt, såsom rot- och stamorientering. Forskare analyserar om växter kan växa ordentligt med lägre gravitationsnivåer, och exakt vilka nivåerna är.
De flesta växter på jorden har tillgång till massor av naturligt solljus och växer mot det ljuset, men forskare måste lura växter som växer i rymden för att följa samma beteende. Valet av belysning i växtkamrarna är ett viktigt övervägande av flera skäl. Det är viktigt att använda energi effektivt i rymden, eftersom resurserna är begränsade. Energi kan inte slösas bort på glödlampor som inte maximerar sin effekt. Dessutom skapar olika typer av belysning olika nivåer av värme, och extra värme är något rymdfarkoster måste eliminera (forskare föredrar glödlampor som producerar lite värme). Dessutom har astronauter inte extra utrymme för att släpa extra glödlampor genom rymden, så de behöver en ljuskälla med uthållighet, som lysdioder (LED).
Lite eller ingen gravitation kan påverka hur rotmaterial fungerar. Olika rotmaterial och jordar är bättre än andra när det gäller vatten- och luftdistribution - båda nyckeln till framgångsrik växttillväxt. Ute i rymden kan korniga jordar få vatten att spridas och fina jordar kan förhindra luftflöde [källa:Franzen]. Forskare experimenterar med många möjligheter, inklusive lerpartiklar, hydrokultur och ett material som torvmossa.
Växter växer genom att använda rymdfarkostens luft, fuktighet och mikrogravitation - förhållanden som skiljer sig från dem på jorden. Forskare studerar om några föroreningar och farliga organismer från rymden kommer att påverka dessa rymdodlade växter, vilket gör dem oförbrukbara för människor. Förändringar i deras genetiska koder kan vara skadliga på andra sätt. Det finns en möjlighet att om astronauter tog tillbaka växterna och blandade dem med de som odlades på jorden, kan vi sluta med rymdversionen av kudzu. Kudzu (Pueraria montana ) är en invasiv växtart som fördes till USA från Japan i slutet av 1800-talet.
De begränsade kvarteren i rymdfarkoster skiljer sig mycket från de massiva, böljande jordbruksmarkerna på jorden. Forskare måste utveckla en effektiv, strömlinjeformad apparat som kan hålla grödor när de växer med begränsat utrymme. Odlingsmaskiner måste vara automatiska (eller åtminstone ha den förmågan) och kunna reglera vattning, luftfuktighet, belysning, luftcirkulation och näringstillförsel. Dessa odlingsmaskiner måste också integreras med livsuppehållande systemet för att framgångsrikt utbyta koldioxid och syre.
Så när kan astronauter besöka rymdens första salladsbar? Det kan dröja ett tag som forskare arbetar för att förstå och övervinna de hinder som rymdodling uppvisar. Läs nästa sida för att lära dig mer om deras forskning och varför insekter kan bli framtidens rymdmat.
Forskning om rymdodling fokuserar vanligtvis på växter som har hög avkastning av ätbara delar och kan frodas i små utrymmen. Forskare har börjat odla en mängd olika växter i rymden, inklusive krasse, linser, vete, lummiga salladsväxter, åkersenapsväxter och sojabönor.
Och med dessa växter avgör forskare hur framtidens rymdjordbruk kommer att fungera. Växter behöver fortfarande alla grunder som de får på jorden - vatten, koldioxid och näringsämnen. Även om växter kan leva med liten gravitation, är det bäst för dem att ha åtminstone en liten mängd för att förhindra tillväxtproblem. Artificiell gravitation , producerad av en mekanisk centrifug, hjälper till att lösa detta problem. Experiment som kontrollerar mängden och varaktigheten av artificiell gravitation hjälper forskare att avgöra hur mycket gravitation som påverkar rottillväxtens riktning. Lyckligtvis har både månen och Mars en viss gravitationsnivå, vilket kommer att hjälpa till att upprätthålla växtlivet på dessa himlakroppar.
Resultaten av forskningen hittills har varit blandade. I vissa fall speglade växterna och fröna som odlades och returnerades från ISS den markbaserade kontrollgruppen. I andra experiment var de lika men något högre eller större. I ännu fler tester noterade forskare signifikanta skillnader mellan de växter som odlats i mikrogravitation och de under normal gravitation.
Till exempel visade resultat från studier av NASA:s Biomass Production System (BPS) att medan de två uppsättningarna av växter växte på liknande sätt, utvecklades de omogna fröna som odlades på ISS i varierande takt. Kontrollgruppens utvecklingshastigheter för frö var alla desamma. Element som fröprotein och lösliga kolhydrater i ISS plantor fanns på andra nivåer än markkontrollgruppen. Forskare noterade att detta kan förändra smaken av rymdodlad mat.
Det är dock viktigt att notera att de blandade resultaten kan förklaras på grund av mångfalden av kontrollfaktorer (som temperatur, ljus och fuktighet) i de olika experimenten, de olika odlingsapparaterna och det faktum att växter helt enkelt kan vara svåra att växa.
Nu när vi har undersökt försöken med forskning om rymdodling, låt oss titta närmare på varför denna forskning är så grundläggande för framtida rymdutforskning.
Ett jättesprång för gräshopporOavsett om de har vingar eller inte, kan vissa insekter få chansen att flyga om de väljs ut för att gå i rymden och bli en del av forskningen om rymdodling. Även om många växtdelar är oätliga för människor, är de en utsökt måltid för insekter. Insekter kan omvandla mycket av detta oätliga material till något mer användbart, som gödningsmedel.
Dessa insekter ger också en utmärkt källa till näringsämnen för människor eller djur i rymden. En gräshoppa kan vara en välkommen, om inte krispig, förändring för astronauter som livnär sig på uttorkade måltider. Och vissa insekter kan ha ytterligare fördelar på långvariga rymdresor. Till exempel kan silke som produceras av silkesmaskar vävas in i rep och kläder.
Även om mycket av den forskning som utförs av NASA och andra rymdorganisationer är viktig för rymdprogrammen, har effekterna av rymdodling många verkliga tillämpningar för jorden.
Den främsta fördelen och syftet med att lära sig att odla i rymden är att möjliggöra långsiktig utforskning av rymden - det är avgörande att astronauter har en regenerativ matkälla. Föreställ dig att åka på semester i ett år och behöva packa alla måltider du planerat att äta -- din bil skulle vara helt proppfull med matvaror.
Växter kan hjälpa livsuppehållande systemet på andra sätt också. De kan användas för att rena vatten och återvinna koldioxid till syre. Om de odlas i tillräckligt stor skala, kan växter ha stor inverkan på hur rymdfarkoster och kolonier utformas.
Tillbaka här på jorden kommer effekten av rymdjordbruk att utöka vår kunskap om jordbruk. Forskare hoppas kunna överföra det de lär sig om att odla mat i rymdens ogästvänliga klimat till lika utmanande och fientliga klimat på jorden. De samlar in detaljerad information om hur växter växer och hoppas att denna information kommer att hjälpa när marken blir knappare och mindre bördig. Mål inkluderar högre kvalitet på grödor, högre skördar och bättre kontrollerade jordbrukssystem och växthus .
Rymdodling har lett till några andra överraskande och användbara tillämpningar här på jorden. Den ena är en speciell enhet som heter Bio-KES som omvandlar eten till koldioxid och vatten med hjälp av ultraviolett ljus . Eten får växter att mogna och så småningom förstöra. En anordning som Bio-KES, som används i matförvaringsenheter och montrar, skulle kunna bidra till att öka hållbarheten för produkter, blommor och andra ömtåliga föremål. Ultraviolett ljus har andra tillämpningar förutom att hjälpa till att minska mängden ruttet mat som vi måste kassera. Det kan också användas för att döda patogener som mjältbrand, hjälpa sår att läka snabbare och förbättra effektiviteten av vissa cancerbehandlingar.
Ett annat område som kan få oväntade konsekvenser är studiet av växternas cellväggar. Genom rymdodling kan forskare upptäcka hur man kontrollerar och reglerar hur robust en växt kommer att växa. Vissa växter kan dra nytta av denna forskning när det gäller bättre väderbeständighet. Dessutom skulle träd med mindre robusta cellväggar växa snabbare och vara lättare och billigare att bearbeta till papper. Dessa genetiskt modifierade träd kan hjälpa till att bromsa avskogningen genom att bli pålitliga, snabbväxande resurser för pappersproduktion.
Slutligen verkar växter förbättra psyket. Precis som trädgårdsarbete och promenader genom parken kan få dig på gott humör här på jorden, gäller detsamma för våra rymdbundna motsvarigheter ombord på ISS. Växter och en frodig miljö kan både stimulera sinnena och ge en lugnande effekt. Till exempel använde astronauter växter som terapeutiska enheter efter att deras kollegor omkom i Columbia-katastrofen [källa:Quinn]. Forskare planerar att studera den psykologiska effekten av växter genom att följa hur lång tid varje astronaut tillbringar trädgårdsarbete och odling av växtliv.
Rymdodling kommer att påverka våra framtida chanser att överleva i den oländiga terrängen på Mars, och vår förmåga att mata jordens ballongbefolkning. För mer information om rymdodling, besök länkarna på nästa sida.
Källor
