Космическое земледелие - Space farming - Wikipedia

Лада эксперимент по выращиванию растений

Космическое земледелие относится к выращиванию сельскохозяйственных культур для производства продуктов питания и других материалов в Космос или на космических небесных объектах - эквивалент сельское хозяйство на земной шар.

Земледелие на небесных телах, таких как Луна или же Марс, имеет много общего с сельским хозяйством на космическая станция или же космическая колония. Но, в зависимости от размеров небесного тела, может не хватать сложности микрогравитация нашел в последнем. В каждой среде будет различаться доступность входы к процессу космического сельского хозяйства: неорганический материал, необходимый для рост растений, почвенные среды, инсоляция, относительная доступность углекислого газа, азота и кислорода и т. д.

Вступление

Завод цуккини в лаборатории Destiny

Подача еды космические станции и другие длительные миссии тяжелы и невероятно дорого. Один космонавт на Международная космическая станция требуется примерно «1,8 килограмма еды и упаковки в день».[1] Для долгосрочной миссии, такой как трехлетняя марсианская миссия с экипажем из четырех человек, это число может вырасти до 24 000 фунтов (или около 10 886 кг).[1]

Из-за стоимости пополнения запасов и непрактичности пополнения запасов межпланетных миссий перспектива увеличения запасов продовольствия в полете невероятно привлекательна. Существование космической фермы помогло бы создать стабильный окружающей среды, поскольку установки могут использоваться для рециркуляции сточных вод, выработки кислорода, непрерывной очистки воздуха и повторного использования фекалий на космической станции или космическом корабле.[2] Всего 10 м² сельскохозяйственных культур производят 25% суточной потребности 1 человека, или около 180-210 граммов кислорода.[3] По сути, это позволяет космической ферме превратить космический корабль в искусственный экосистема с гидрологический цикл и повторное использование питательных веществ.[4][5]

В дополнение к сохранению срока хранения и снижению общей массы, возможность выращивать пищу в космосе поможет сократить дефицит витаминов в рационе космонавтов и обеспечить свежие продукты с улучшенным вкусом и текстурой. В настоящее время большая часть пищи, поставляемой космонавтам, проходит термическую обработку или сублимированный. Оба эти метода по большей части сохраняют свойства предварительной обработки пищевых продуктов. Однако при хранении может произойти разложение витаминов. Исследование 2009 года отметило значительное снижение уровня витаминов. А, C и K а также фолиевая кислота а тиамин может образоваться всего за один год хранения.[1] Миссия на Марс может потребовать хранения продуктов на срок до пяти лет, поэтому потребуется новый источник этих витаминов.[1]

Поставки продуктов питания для других, вероятно, будут основной частью ранних поселений вне Земли. Производство еды - нетривиальная задача и, вероятно, будет одной из самых трудоемких и жизненно важных задач первых колонистов. Среди прочего, НАСА изучает возможности космического земледелия.[6][7]

Технические проблемы

Advanced Astroculture эксперимент по выращиванию сои

Колонисты, пытающиеся заниматься земледелием за пределами Земли, столкнутся с множеством технических проблем. К ним относятся эффект уменьшения силы тяжести, освещения и давления, а также повышенное излучение.[6] Хотя теплицы могут решить многие проблемы, возникающие в космосе, их строительство сопряжено со своим набором технических проблем.[8][9]

Растения, выращенные в воздухе, испытывают микрогравитационная среда, а растения, выращенные на поверхности Марса, испытывают примерно 1/3 силы тяжести, чем земные растения. Однако до тех пор, пока растениям предоставляется направленный свет, растения, выращенные в условиях низкой гравитации, продолжают расти нормально.[10] Нормальный рост классифицируется как противоположное направление роста корней и побегов. При этом многие растения, выращенные в условиях космического полета, были значительно меньше, чем растения, выращенные на поверхности Земли, и росли медленнее.[10]

В дополнение к различным эффектам силы тяжести, если они не защищены, растения, выращенные на поверхности Марса, будут подвергаться гораздо более высоким уровням радиации, чем на Земле. Воздействие высоких уровней радиации может повредить ДНК растений. Это происходит, поскольку высокореакционные гидроксильные радикалы нацелены на ДНК.[11] Деградация ДНК оказывает прямое влияние на прорастание, рост и размножение растений.[11] Ионизирующее излучение также влияет на функцию ФСII и может вызвать потерю функции и образование радикалов, ответственных за фотоокисление. Интенсивность этих эффектов варьируется от вида к виду.[12]

Окружающая среда с низким давлением на поверхности Марса также вызывает беспокойство. Гипобарические условия могут влиять на чистую скорость фотосинтеза и эвапотранспирации. Тем не менее, исследование 2006 г. предлагает поддерживать повышенный уровень CO2 концентрации могут смягчить воздействие гипобарических условий всего до 10 кПа для достижения нормального роста растений.[13]

Марсианская почва содержит большинство минералов, необходимых для роста растений, за исключением реактивного азота, который является продуктом минерализации органических веществ.[14] Так как на поверхности Марса не хватает органики, то и этого компонента нет. Реактивный азот является необходимым компонентом почвы, используемой для роста растений, и возможно, что азотфиксирующие виды, такие как бактерии, могут способствовать отсутствию ряда реактивных азота. Однако исследование 2014 года показало, что растения способны прорастать и выжить в течение 50 дней на марсианской и лунной почве при использовании имитирующих почв. При этом только один из четырех видов, в которых проводились эксперименты, показал себя достаточно хорошо, чтобы добиться полного формирования цветков, и для достижения полного роста потребуется дополнительная работа.[14]

Эксперименты

Интервью с Университет Флориды садоводов о своих экспериментах в области космического земледелия.
  • "GreenHab "на Исследовательская станция марсианской пустыни в Юта содержит теплицу, которая предназначена для имитации некоторых проблем, возникающих в результате земледелия на Марсе.
  • В Лада эксперимент и Европейская модульная система выращивания[15] на Международная космическая станция используется для выращивания небольших количеств свежих продуктов.
  • В 2013 году НАСА финансировало исследования по разработке 3D пищевой принтер.[16]
  • Система производства овощей НАСА, «Веги», представляет собой развертываемое устройство, предназначенное для выращивания сельскохозяйственных культур салатного типа на борту Международной космической станции.[17]
  • Лунный посадочный модуль 2019 года Чанъэ 4 несет лунную микроэкосистему,[18] герметичный «биосферный» цилиндр весом 3 кг (6,6 фунта) длиной 18 см и диаметром 16 см с семенами и яйцами насекомых, чтобы проверить, могут ли растения и насекомые вылупляться и расти вместе в синергии.
  • Будущее АЛИНА Лунный посадочный модуль будет нести небольшой «биосферный» цилиндр под названием Lunar Plant Growth Experiment (LPX), в котором НАСА попытается прорасти и вырастить несколько типов растений.[19][20]

Культуры, с которыми экспериментировали

Следующие культуры были рассмотрены для использования в космических фермах:[3][21]картофель, зерна, рис, фасоль, помидоры, перец, салат, капуста, клубника, лук и перец.

Смотрите также

Рекомендации

Цветок циннии на МКС
  1. ^ а б c d Купер, Майя; Дуглас, Грейс; Перчонок, Микеле (01.03.2011). «Разработка продовольственной системы НАСА для длительных миссий». Журнал пищевой науки. 76 (2): R40 – R48. Дои:10.1111 / j.1750-3841.2010.01982.x. ISSN  1750-3841. PMID  21535783.
  2. ^ "Белая книга. Космическое сельское хозяйство". Открытое сельское хозяйство. 1 (1): 70–73. 2016-05-26. Дои:10.1515 / opag-2016-0011. ISSN  2391-9531.
  3. ^ а б Журнал Kijk 9/2015
  4. ^ Maggi F. и C. Pallud, (2010), Космическое сельское хозяйство в условиях микрогравитации и гипогравитации: сравнительное исследование гидравлики и биогеохимии почвы в сельскохозяйственных единицах на Земле, Марсе, Луне и космической станции, Planet. Космические науки. 58, 1996–2007, DOI: 10.1016 / j.pss.2010.09.025.
  5. ^ Магги Ф. и К. Паллуд, (2010), Марсианское базовое сельское хозяйство: влияние низкой гравитации на поток воды, циклы питательных веществ и динамику микробной биомассы, Успехи в космических исследованиях 46, 1257-1265, doi: 10.1016 / j.asr .2010.07.012
  6. ^ а б Московиц, Клара (15.05.2013). «Сельское хозяйство на Марсе? НАСА размышляет о поставках продовольствия для миссии 2030 года». Fox News. Получено 2014-05-18.
  7. ^ Уилер, Раймонд М. (10.02.2017). «Сельское хозяйство для космоса: люди и места, прокладывающие путь». Открытое сельское хозяйство. 2 (1): 14–32. Дои:10.1515 / opag-2017-0002. ISSN  2391-9531.
  8. ^ Шуберт, Д. (2017-04-05). «Анализ тепличного производства по сценариям ранних миссий для мест обитания на Луне и Марсе». Открытое сельское хозяйство. 2 (1): 91–115. Дои:10.1515 / opag-2017-0010. ISSN  2391-9531.
  9. ^ Зейдлер, Конрад; Враккинг, Винсент; Бэмси, Мэтью; Пуле, Люси; Забель, Пол; Шуберт, Даниэль; Пай, Кристель; Маццолени, Эрик; Домурат, Нико (2017-03-25). "Тепличный модуль для космической системы: дизайн лунной теплицы". Открытое сельское хозяйство. 2 (1): 116–132. Дои:10.1515 / opag-2017-0011. ISSN  2391-9531.
  10. ^ а б Павел, Анна-Лиза; Амальфитано, Клэр Э .; Ферл, Роберт Дж. (2012-12-07). "Стратегии роста растений изменяются космическими полетами". BMC Биология растений. 12: 232. Дои:10.1186/1471-2229-12-232. ISSN  1471-2229. ЧВК  3556330. PMID  23217113.
  11. ^ а б Эсно, Мари-Андре; Леге, Флоренция; Ченал, Кристиан (2010). «Ионизирующее излучение: достижения в ответной реакции растений». Экологическая и экспериментальная ботаника. 68 (3): 231–237. Дои:10.1016 / j.envexpbot.2010.01.007.
  12. ^ Микко, Вероника Де; Арена, Кармен; Пигналоза, Диана; Дуранте, Марко (01.03.2011). «Действие редко и плотно ионизирующей радиации на растения». Радиационная и экологическая биофизика. 50 (1): 1–19. Дои:10.1007 / s00411-010-0343-8. ISSN  0301-634X. PMID  21113610.
  13. ^ Ричардс, Джеффри Т .; Кори, Кеннет А .; Павел, Анна-Лиза; Ферл, Роберт Дж .; Уиллер, Раймонд М .; Шуэргер, Эндрю С. (01.12.2006). «Воздействие на Arabidopsis thaliana гипобарической среды: последствия для биорегенеративных систем жизнеобеспечения низкого давления для исследовательских миссий человека и терраформирования на Марсе». Астробиология. 6 (6): 851–866. Bibcode:2006AsBio ... 6..851R. Дои:10.1089 / ast.2006.6.851. ISSN  1531-1074. PMID  17155885.
  14. ^ а б Wamelink, G. W. Wieger; Frissel, Joep Y .; Krijnen, Wilfred H.J .; Verwoert, M. Rinie; Годхарт, Пол В. (27 августа 2014 г.). "Могут ли растения расти на Марсе и Луне: эксперимент по выращиванию на Марсе и имитаторах лунной почвы". PLOS ONE. 9 (8): e103138. Bibcode:2014PLoSO ... 9j3138W. Дои:10.1371 / journal.pone.0103138. ISSN  1932-6203. ЧВК  4146463. PMID  25162657.
  15. ^ «НАСА - Европейская модульная система выращивания». Архивировано из оригинал на 25.11.2010. Получено 2014-04-22.
  16. ^ "http://www.3ders.org/articles/20130521-nasa-grant-to-fund-3d-food-printer.html". Новости 3ders. 2013-05-21. Получено 2014-05-18. Внешняя ссылка в | название = (помощь)
  17. ^ «НАСА - Система производства овощей». nasa.gov. Получено 2017-12-08.
  18. ^ Китай собирается высадить живые яйца на обратной стороне Луны В архиве 2 января 2019 в Wayback Machine. Ясмин Таяг, Обратный. 2 января 2019.
  19. ^ Лунные растения LPX Эксперимент. НАСА. Доступ 5 января 2019 г.
  20. ^ Следующие рубежи НАСА: выращивание растений на Луне. Тарун Вадхва, Forbes. 2013.
  21. ^ Уилер, Раймонд (2010). «Установки жизнеобеспечения человека в космосе: от Майерса до Марса». Гравитационная и космическая биология. 23: 25–36.

внешняя ссылка