Hvordan man laver mad og vand, som Mars-bundne astronauter skal bruge til deres mission

Hvis vi nogensinde har til hensigt at sende bemandede missioner til steder i det dybe rum, så skal vi finde på løsninger til at holde besætningerne forsynet. For astronauter ombord på den internationale rumstation (ISS), som regelmæssigt modtager forsyningsmissioner fra Jorden, dette er ikke et problem. Men for missioner, der rejser til destinationer som Mars og videre, selvforsyning er navnet på spillet.

Dette er ideen bag projekter som BIOWYSE og TIME SCALE, som udvikles af Center for Interdisciplinary Research in Space (CIRiS) i Norge. Disse to systemer handler alle om at give astronauter en bæredygtig og vedvarende forsyning af drikkevand og planteføde. Ved at gøre sådan, de adresserer to af de vigtigste behov hos mennesker, der udfører langvarige missioner, der vil tage dem langt hjemmefra.

Selvom ISS kan genforsynes på så lidt som seks timer (tiden mellem opsendelsen og det tidspunkt, hvor en forsyningskapsel lægger til kaj med stationen), astronauter er stadig afhængige af bevarelsesforanstaltninger, mens de er i kredsløb. Faktisk, omkring 80 % af vandet ombord på ISS kommer fra luftbåren vanddamp genereret af vejrtrækning og sved, samt genbrugt brusevand og urin - som alt sammen er behandlet med kemikalier for at gøre det sikkert at drikke.

Mad er en anden sag. NASA anslår, at hver astronaut ombord på ISS vil indtage 0,83 kg (1,83 pund lbs) mad pr. måltid, hvilket svarer til omkring 2,5 kg (5,5 lbs) om dagen. Omkring 0,12 kg (0,27 pund) af hvert måltid er kun fra emballagematerialet, hvilket betyder, at en enkelt astronaut vil generere tæt på et pund affald om dagen - og det inkluderer ikke engang den anden form for "affald", der kommer fra at spise.

Kort sagt, ISS er afhængig af dyre genforsyningsmissioner for at levere 20 % af sit vand og al sin mad. Men hvis og når astronauter etablerer forposter på månen og Mars, dette er muligvis ikke en mulighed. Mens at sende forsyninger til månen kan gøres på tre dage, behovet for at gøre det regelmæssigt vil gøre omkostningerne ved at sende mad og vand uoverkommelige. I mellemtiden det tager otte måneder for rumfartøjer at nå Mars, hvilket er totalt upraktisk.

Så det er ikke så mærkeligt, at de foreslåede missionsarkitekturer for månen og Mars inkluderer in-situ ressourceudnyttelse (ISRU), hvor astronauter vil bruge lokale ressourcer for at være så selvforsynende som muligt. Is på månens og Mars overflader, et godt eksempel, vil blive høstet for at skaffe drikke- og kunstvandingsvand. Men missioner til steder i det dybe rum vil ikke have denne mulighed, mens de er i transit.

For at sikre en bæredygtig vandforsyning, Dr. Emmanouil Detsis og kolleger er ved at udvikle Biocontamination Integrated Control of Wet Systems for Space Exploration (BIOWYSE). Dette projekt begyndte som en undersøgelse af måder at opbevare ferskvand i længere perioder, overvåg det i realtid for tegn på forurening, dekontaminere det med UV-lys (i stedet for kemikalier), og dispenser det efter behov.

Det resulterede i en automatiseret maskine, der kunne udføre alle disse opgaver. Som Dr. Detsis forklarede:"Vi ville have et system, hvor du tager det fra A til Z, fra at opbevare vandet til at gøre det tilgængeligt for nogen at drikke. Det betyder, at du opbevarer vandet, du er i stand til at overvåge biokontamineringen, du er i stand til at desinficere, hvis det er nødvendigt, og til sidst leverer du til koppen for at drikke... Når nogen vil drikke vand, trykker du på knappen. Det er ligesom en vandkøler."

Ud over at overvåge opmagasineret vand, BIOWYSE-maskinen er også i stand til at analysere våde overflader inde i et rumfartøj for tegn på forurening. Dette er vigtigt, på grund af fugtopbygning i lukkede systemer som rumfartøjer og rumstationer, som kan få vand til at samle sig i områder, der er urene. Når dette vand er genvundet, det bliver så nødvendigt at dekontaminere alt det vand, der er lagret i systemet.

"Systemet er designet med fremtidige levesteder i tankerne, " tilføjede Dr. Detsis. "Så en rumstation omkring månen, eller et feltlaboratorium på Mars i de kommende årtier. Det er steder, hvor vandet kan have siddet der et stykke tid, før besætningen ankommer.«

Projektet Teknologi og innovation til udvikling af modulært udstyr i skalerbare avancerede livsstøttesystemer til rumudforskning (TIME SCALE) er designet til at genbruge vand og næringsstoffer af hensyn til dyrkning af planter. Dette projekt overvåges af Dr. Ann-Iren Kittang Jost fra Center for Interdisciplinary Research in Space (CIRiS) i Norge.

Dette system er ikke ulig det europæiske modulære dyrkningssystem (EMCS) eller Biolab-systemet, som blev sendt til ISS i henholdsvis 2006 og 2018 for at udføre biologiske eksperimenter i rummet. Med inspiration fra disse systemer, Dr. Jost og hendes kolleger designede et "drivhus i rummet", der kunne dyrke planter og overvåge deres helbred. Som hun udtrykte det:"Vi (har brug for) state of the art teknologier til at dyrke mad til fremtidig rumudforskning til månen og Mars. Vi tog (ECMS) som udgangspunkt for at definere koncepter og teknologier for at lære mere om dyrkning af afgrøder og planter i mikrotyngdekraft."

Meget ligesom sine forgængere, Biolab og ECMS, TIME SCALE prototypen er afhængig af en roterende centrifuge til at simulere månens og Mars tyngdekraft og måler den effekt, dette har på planters optagelse af næringsstoffer og vand. Dette system kunne også være nyttigt her på jorden, giver drivhuse mulighed for at genbruge næringsstoffer og vand og mere avanceret sensorteknologi til at overvåge plantesundhed og vækst.

Teknologier som disse vil være afgørende, når det bliver tid til at etablere en menneskelig tilstedeværelse på månen, på Mars, og af hensyn til deep-space missioner. I de kommende år, NASA planlægger at gøre den længe ventede tilbagevenden til månen med Project Artemis, hvilket vil være det første skridt i skabelsen af, hvad de forestiller sig som et program for "bæredygtig måneudforskning."

Meget af denne vision hviler på skabelsen af ​​et orbitalt habitat (Lunar Gateway) såvel som den infrastruktur på overfladen (Artemis Base Camp), der er nødvendig for at understøtte en varig menneskelig tilstedeværelse. Tilsvarende når NASA begynder at lave bemandede missioner til Mars, missionsarkitekturen kræver et orbitalt habitat (Mars Base Camp), sandsynligvis efterfulgt af en på overfladen.

I alle tilfælde, forposterne skal være relativt selvforsynende, da genforsyningsmissioner ikke vil være i stand til at nå dem i løbet af få timer. Dr. Detsis forklarede, "Det bliver ikke som ISS. Du kommer ikke til at have en konstant besætning hele tiden. Der vil være en periode, hvor laboratoriet kan være tomt, og vil ikke have mandskab, før det næste skift ankommer om tre eller fire måneder (eller længere). Vand og andre ressourcer vil sidde der, og det kan opbygge mikroorganismer."

Teknologier, der kan sikre, at drikkevand er sikkert, ren, og i konstant forsyning - og at planter kan dyrkes på en bæredygtig måde - vil tillade forposter og dybe rummissioner at opnå et niveau af selvforsyning og være mindre afhængige af Jorden.