Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Månelasere og kosmiske afgrøder:NASA finansierer UArizona-rumudforskningsmissioner

NASA udvalgte otte universitetshold - inklusive et fælles team af forskere fra Colorado School of Mines og University of Arizona - til at udvikle teknologi til at støtte bestræbelserne på at finde og høste vand på Månens sydpol. Kredit:NASA

Mange ting ændrer sig for astronauter, når de forlader Jorden og begiver sig ud i rummet, men mindst én forbliver den samme:De har brug for mad og vand. NASA tildelte for nylig finansiering til to University of Arizona-hold til at søge efter vand og dyrke mad i rummet.

Ledet af forskere fra College of Engineering og College of Agriculture and Life Sciences, missionerne fokuserer på at høste vand fra månens overflade og forbedre teknikker til mikrogravitationsafgrødeproduktion.

Høste vand fra månens sydpol

Der er kratere i månens sydpol, som har været mørke i milliarder af år, men videnskabsmænd har fundet beviser for, at regionen kan indeholde vand. Ikke kun afgørende for at opretholde menneskeliv, vand kan bruges på robotmissioner som brændstof, et strålingsskjold eller en form for termisk energilagring.

Som en del af Artemis Student Challenge, NASA tildelte næsten 1 million dollars til otte universitetshold til at udvikle nye metoder til at søge efter, og til sidst udtrække, vand fra disse permanent skyggede områder.

Et fælles team af forskere, ledet af Colorado School of Mines i samarbejde med University of Arizona, modtog $114, 000 for et projekt, der kombinerer laserkraft med FemtoSats—lille, engangssatellitter på størrelse med en stang smør udviklet i UArizona SpaceTREx Laboratory.

"Eleverne bygger faktisk et helt system, hvilket er meget sjældent at gøre, især inden for rumfart, " sagde Jekan Thanga, assisterende professor i rumfart og maskinteknik og leder af SpaceTREx Laboratory ved University of Arizona. "Vores projekt er et springbræt til at opbygge de nødvendige teknologier til at prospektere og udvinde vand på månens overflade."

Colorado School of Mines udforsker konceptet med at bruge lasere til at drive lys og maskineri, der bruges til måneudforskning. Selvom parring af lasere med "den mørke side af månen" kan virke som en no-brainer, forskerne har brug for en lav pris, lav-risiko måde at teste levedygtigheden af ​​at bruge lasersignaler til strøm og kommunikation i et månemiljø. Indtast FemtoSats.

Jekan Thanga, assisterende professor i rumfart og maskinteknik og leder af SpaceTREx Laboratory ved University of Arizona, leder University of Arizona-delen af ​​Artemis Student Challenge Credit:University of Arizona College of Engineering

"Det særlige ved disse fyre (FemtoSats) er, at de er så billige, at du kan sende tiere, hundreder, måske endda tusindvis til prisen for en almindelig satellit, " sagde Thanga. "Da miljøet på månens sydpol er så ukendt for os, engangsrumfartøjer er en perfekt måde at udforske disse regioner på uden at risikere skade på dyrere rumfartøjer."

I den foreslåede mission, en lander-monteret laser vil røre ned på månens overflade og sende FemtoSats til forskellige punkter på månens overflade ved hjælp af en jack-in-the-box-lignende mekanisme. FemtoSats vil modtage signalet fra laseren og sende det tilbage for at demonstrere gyldigheden af ​​at bruge laseren til kommunikation.

"Noget af det mest spændende ved denne udfordring er, at flere af koncepterne, hvis det viser sig at være levedygtigt som et resultat af disse priser, kunne til sidst integreres og opereres sammen på månens overflade, " sagde Chad Rowe, fungerende Space Grant-projektleder ved NASAs hovedkvarter i Washington, D.C.

University of Arizona studerende, der er involveret i projektet, omfatter kandidatstuderende Alvaro Diaz og studerende Matthew Johnson og Viru Vilvanathan - alle i College of Engineering. Colorado School of Mines-teamet består af kandidatstuderende Ross Centers, David Dickson, Loren Kezer, Joshua Schertz og Adam Janikowski, ledet af George Sowers, professor i praksis i maskinteknik.

Dyrkning af afgrøder i rummet

Bemandet rumudforskning har længe fanget hjerter og sind hos mennesker over hele kloden. Imidlertid, en af ​​de største forhindringer for menneskers vedvarende tilstedeværelse på månen og videre er tilbage:et bæredygtigt og effektivt middel til at forsyne astronauter med nærende og frisk dyrkede frugter og grøntsager.

Udfordringen? Ingen tyngdekraft. For at sige det enkelt, vand opfører sig anderledes i rummet.

"Der er ingen tyngdekraft, så det er meget anderledes end at vande en have i din baghave, " sagde Murat Kacira, direktør for Landbrugscentret for kontrolleret miljø og professor i Institut for Biosystemteknik. "At holde en ordentlig balance mellem vand og næringsstoffer ved rødderne og opretholde tilstrækkelige iltniveauer til afgrøder er reelle problemer."

Den 18 fod lange, Månedrivhuskammer på 7 fod i diameter er udstyret som et prototype bioregenerativt livstøttesystem. Kredit:Gene Giacomelli/ Institut for Biosystems Engineering

Forskellige systemer til afgrødeproduktion på rumstationen er blevet evalueret og demonstreret med succes, herunder biomasseproduktionssystemet, Grøntsagsproduktionssystem og avanceret plantehabitat.

I grøntsagsproduktionssystemet, populært kendt som VEGGIE, en have på størrelse med et stykke håndbagage rummer typisk omkring seks planter. Hver plante vokser i en "pude" fyldt med et lersubstrat og gødning designet til at hjælpe med at distribuere vand, næringsstoffer og ilt omkring rodzonen.

Imidlertid, der er stadig udfordringer for vedvarende fødevareproduktion.

For at forbedre nuværende designs og støtte dets mål for at fremme menneskelig udforskning af rummet, NASA har tildelt 1,12 millioner dollars til University of Arizona og fire andre efterforskningshold. Anklagen:at udvikle et forbedret vand- og næringsstoftilførselssystem til dyrkning af afgrøder under mikrotyngdekraftsforhold, der er kompatibelt med den begrænsede tilgængelige plads i månens overfladehabitater og rumfartøjer.

Anført af Kacira, UArizona-teamet samler flere forskere bag universitetets prototype Lunar/Mars Greenhouse og Bioregenerative Life Support Systems indsats, inklusive Phil Sadler, en botaniker og innovator ansvarlig for det overordnede design og fremstilling af Lunar/Mars Greenhouse-modulerne, og Roberto Furfaro, direktør for College of Engineering's Space Systems Engineering Laboratory.

"Bygger på vores historie med bioregenerative livsstøttesystemer, vi har samlet et utroligt tværfagligt team af forskere og ingeniører, " sagde Kacira. "Teknologien, vi udvikler, understøtter ikke kun fremtiden inden for rumudforskning, men kan bruges til at forbedre fødevareproduktionen lige her på Jorden."

Andre teammedlemmer inkluderer Kitt Farrell-Poe, leder af Institut for Biosystemteknik og ekspert i biologiske processer, vandkvalitet og vandbehandlingssystemer; Minkyu Kim, en biomedicinsk ingeniør med speciale i kunstigt proteindesign og -syntese, polymerfysik og bløde materialer; Barry Pryor, en professor ved School of Plant Sciences med speciale i plantesundhedsstyring, plantepatologi og mykologi; John Adams, vicedirektøren for Biosphere 2 og en ekspert i dyreliv, fiskeri og biologi; og Neal Barto, en gartneri, der vil støtte sensorudvikling, instrumentering og systemovervågning.

University of Arizona vil også samarbejde med Stefania De Pascale, Veronica De Micco, Youssef Rouphael og Chiara Amitrano fra University of Napoli Federico II; Alberto Battistelli, Stefano Moscatello og Simona Proietti fra det italienske nationale forskningsråd; Daniel Schubert fra German AeroSpace Center; Cesare Lobascio og Giorgio Boscheri fra Thales Alenia Space-Italien; og Gary Stutte fra SyNRGE LLC.


Varme artikler