Hvordan dyrkes planter ud over Jorden?

Efter en ny NASA-lov, vedtaget i marts af den amerikanske kongres og som godkender 19,5 milliarder dollars udgifter til rumudforskning i 2017, bemandede missioner til Mars er tættere på virkeligheden end nogensinde før.

Mens både offentlige og private virksomheder forbereder sig på en tilbagevenden til Månen og de første menneskelige fodspor på den røde planet, der er fornyet fokus på at holde mennesker i live og produktive i disse ekstreme miljøer. Planter, og specifikt afgrødeplanter, vil være en vigtig bestanddel af foreslåede regenerative livsunderstøttende systemer, da de leverer mad, ilt, skrub kuldioxid, og hjælp til genbrug af vand - alt sammen på en selvregenererende eller 'bioregenerativ' måde. Uden tvivl, planter er et krav til enhver tilstrækkelig lang varighed (tids- og afstandsmæssigt) menneskelig rumudforskningsmission. Der har været en hel del forskning på dette område - forskning, der ikke kun har fremmet Landbrug i rummet, men har også resulteret i rigtig mange jordbaserede fremskridt (f.eks. LED-belysning til drivhus- og vertikale landbrugsanvendelser; nye teknikker til opformering af læggekartofler, etc.)

En nylig artikel af Dr. Raymond M. Wheeler fra NASA Kennedy Space Center, nu tilgængelig i åben adgang i bladet Åbent Landbrug , giver en informativ og omfattende redegørelse for de forskellige internationale historiske og aktuelle bidrag til bioregenerativ livsstøtte og brugen af ​​kontrolleret miljølandbrug til menneskelig udforskning af rummet. Dækker alle de store udviklinger i internationale teams, det relaterer noget af dette arbejde til teknologioverførsel, som viser sig værdifuldt her på Jorden.

Forskning i området startede i 1950'erne og 60'erne gennem værker af Jack Myers og andre, der studerede alger til iltproduktion og kuldioxidfjernelse for US Air Force og National Aeronautics and Space Administration (NASA). Undersøgelser af algeproduktion og kontrolleret miljø landbrug blev også udført af russiske forskere i Krasnoyarsk, Sibirien, der begyndte i 1960'erne, inklusive test med menneskelige besætninger, hvis luft, vand, og meget af deres mad blev leveret af hvede og andre afgrøder. NASA indledte sit program for kontrollerede økologiske livsstøttesystemer (CELSS) i begyndelsen af ​​1980'erne med test fokuseret på kontrolleret miljøproduktion af hvede, sojabønner, kartoffel, salat, og sød kartoffel. Resultater fra disse undersøgelser banede vejen for at udføre tests i en 20 m2, atmosfærisk lukket kammer placeret ved Kennedy Space Center.

Omtrent samtidig, Japanske forskere udviklede en lukket økologisk eksperimentfacilitet (CEEF) i Aomori-præfekturet for at udføre lukkede systemundersøgelser med planter, mennesker, dyr, og affaldsgenbrugssystemer. CEEF havde 150 m2 plantevækstareal, som gav en næsten komplet diæt sammen med luft- og vandregenerering til to mennesker og to geder.

Den europæiske rumfartsorganisation MELiSSA-projektet begyndte i slutningen af ​​1980'erne og forfulgte økologiske tilgange til at levere gas, genanvendelse af vand og materialer til liv i rummet, og senere udvidet til også at omfatte planteforsøg.

Et canadisk forskerhold ved University of Guelph startede et forskningsanlæg til forskning i rumafgrøder i 1994. Kun få år senere, de fortsatte med at udvikle sofistikerede hypobariske planteproduktionskamre i baldakinskala til at teste afgrøder for rummet, og har siden udvidet deres test til en bred vifte af emner inden for kontrolleret miljø landbrug.

Seneste, en gruppe ved Beihang University i Beijing designet, bygget og testede et lukket livstøtteanlæg (Lunar Palace 1), som omfattede et 69-m2 landbrugsmodul til luft, vand, og fødevareproduktion til tre mennesker.

Som et resultat af disse internationale undersøgelser i rumlandbrug, nye teknologier og resultater er blevet fremstillet; dette omfatter den første brug af lysemitterende dioder til dyrkning af afgrøder, en af ​​de første demonstrationer af vertikalt landbrug, brug af hydroponiske tilgange til underjordiske afgrøder som kartofler og søde kartofler, afgrødeudbytter, der oversteg de rapporterede rekordudbytter på marken, evnen til at kvantificere produktionen af ​​flygtige organiske forbindelser (f. ethylen) fra hele afgrødebevoksninger, innovative tilgange til styring af vandforsyning, tilgange til behandling og genanvendelse af affald tilbage til afgrødeproduktionssystemer, og mere. Temaet landbrug for rummet har bidraget til, og nydt godt af jordbaserede, kontrolleret miljølandbrug og vil fortsætte med at gøre det i fremtiden. Der er stadig mange tekniske udfordringer, men planter og tilhørende biologiske systemer kan og vil være en vigtig komponent i de systemer, der holder mennesker i live, når vi etablerer os på Månen, Mars og videre.

Ideen om at bruge planter til at holde mennesker i live og produktive i rummet er ikke ny, både i koncept og i videnskabelig undersøgelse. Artiklen dækker en stor del af den historiske internationale forskningsindsats, der vil være grundlaget for mange af fagstudierne og missionsdesignplaner for brug af bioregenerative livsunderstøttende systemer i rummet.

Ifølge Dr. Gary W. Sutter, NASA's hovedefterforsker for adskillige rumflyvningseksperimenter designet til at dyrke planter i mikrotyngdekraft.

"Dr. Ray Wheeler har skrevet en overbevisende og komplet historie om de mennesker, der har forpligtet deres karriere til at muliggøre koloniseringen af ​​rummet. Ud fra hans dybe forståelse af de udviklede programmer, involverede personer, og opnåede fremskridt for at fremhæve resultaterne og bidragene fra videnskabsmænd og ingeniører over hele verden for at bringe visionen om rumudforskning til virkelighed, han beskriver problemerne, udfordringer, resultater og bidrag fra programmerne, og afslører, hvordan de gavnede Jorden, samt plads. Gennemgangen understreger, at svarene ikke vil blive opnået gennem proklamation, men gennem samarbejde mellem nationer, samarbejde mellem mennesker, og vedvarende engagement fra institutionernes side. Hans artikel burde være påkrævet læsning for alle med en forbigående interesse for rumlandbruget."