فلفل چیلی در یک محیط ریزگرانشی کنترل شده رشد میکند. اما برای توسعه کشاورزی دور از زمین، ناسا مجبور است خارج از چارچوب فکر کند.
فلفل‌های قرمز و سبز که توسط محدودیت‌های گرانش فشار نمی‌آورند، در زوایای 45 درجه در داخل زیستگاه گیاهان مصنوعیAPH، نوعی تراریوم فضایی که خیلی بزرگتر از مایکروویو نیست، بیرون می‌آیند. چهار گیاه فلفل چیلی علیرغم وجود ده‌ها میوه براق که آنها را سنگین میکند، بدون دردسر ایستاده و ایستاده اند. این گیاهان کاملاً در فضا زندگی کرده اند. برگ های آنها هرگز توسط حشرات جویده نشده است یا توسط نسیم تابستانی خش خش نمی شود، ساقه های آنها با خم شدن به سمت قوس خورشید در سراسر آسمان آشنا نیستند. قیچی ها زیر نورهای سفید و آبی تانک می درخشند در حالی که فضانورد مارک ونداهی و تیمش ساقه های آماده برداشت را می شکند. فلفل ها دور سرشان می چرخند تا فضانوردان آن ها را بگیرند و برای عکاسی روی تخته بچسبانند.
بر روی زمین، تیم Plant Habitat-04 متشکل از مهندسان و دانشمندان گیاهی در حال مشاهده و گفتگو با فضانوردان هستند. از 26 فلفل موجود در این دسته، فقط 14 فلفل مرغوب برای مصرف در ایستگاه فضایی بین المللی باقی می مانند. بقیه در فویل پیچیده می‌شوند، در کیسه Ziploc مهر و موم می‌شوند، سپس در دمای 80- درجه منجمد می‌شوند تا زمانی که بتوانند در کپسول باری بعدی که بعداً مورد مطالعه قرار می‌گیرد، با خروشان به زمین بازگردند. اکنون، پس از یک چرخه رشد 138 روزه، فضانوردان گیاهان را از ماژول خارج کرده و آنها را زباله می‌کنند. پروژه Plant Habitat-04 تکمیل شده است. در ایستگاه فضایی بین‌المللی شب تاکو است.
از سال 2014، ناسا با کاشت کاهو، براسیکا، و زینیا در فضا آزمایش کرده است، تلاشی که در ساخت بیش از 50 سال بر فناوری بسیار تخصصی تکیه دارد. دو برداشت موفق فلفل پاییز امسال، در ماه های اکتبر و نوامبر، داده هایی را در مورد مزایای تغذیه ای و روانی کشت سبزیجات در صنعت و همچنین توانایی محصول برای تولید قابل اعتماد در درازمدت در ریزگرانش ارائه می کند. در حالی که کشاورزی محیطی کنترل‌شده جدید نیست، آزمایش APH نشان‌دهنده تکامل در زیستگاه‌های رشد تخصصی است. هدف آن بازآفرینی شرایط زمین نیست، بلکه کامل کردن هر متغیر جدا شده از رشد گیاه در محیط بالینی یک سفینه فضایی است.
لاشل اسپنسر، دانشمند گیاهی در مرکز فضایی کندی ناسا، می‌گوید: «زیستگاه گیاهان پیشرفته پیچیده‌ترین سیستم رشد گیاهان در مدار امروزی است». بیش از 180 سنسور آن دما، رطوبت و دی اکسید کربن را کنترل و نظارت می کنند. فضانوردان می‌توانند رنگ و شدت نور و میزان رطوبتی که ریشه‌های گیاهان دریافت می‌کنند را تنظیم کنند. خودش را سیراب می کند.
این روز بعد از روز شکرگزاری است و اسپنسر از ساعت 5 صبح در کندی بوده تا برداشت نهایی فلفل را تسهیل کند. او به‌عنوان بخشی از تیم پروژه، نقش مهمی در آماده‌سازی بذرهایی داشت که در ماه جولای به فضا فرستاده شدند و فضانوردان را از طریق نگهداری گیاهان در مدار هدایت کرد. هنگامی که میوه ها برمی گردند، او تجزیه و تحلیل میکروبیولوژیکی، مولکولی، ژنتیکی و تغذیه ای خود را انجام می دهد. اگرچه فضانوردان می‌توانند بیش از 100 روز را در فضا بگذرانند، اما وعده‌های غذایی آنها در حین ماموریت کم آب و از پیش بسته‌بندی شده است. ویتامین‌ها و مواد معدنی آنها در مکمل‌ها جدا می‌شوند، که هر چه بیشتر ذخیره شوند، ارزش غذایی خود را از دست می‌دهند. هدف اسپنسر ایجاد شرایط لازم برای پرورش گیاهان سالم در فضا است تا این گیاهان بتوانند فضانوردان سالم را در ماموریت های طولانی مدت حفظ کنند. او می‌گوید غذای فضانوردان عالی است - به خصوص کوکتل میگو. اما تو داری این خراش رو از دست میدی شما آن طعم تازه را از دست می دهید، طعم های سبزی که در آن غذای بسته بندی وجود ندارد.»
تجربه حسی کشت محصولات مولد نیز می تواند به کاهش اثرات روانی سفرهای فضایی طولانی مدت کمک کند. ارتباط عاطفی خاصی با غذا وجود دارد که از یک انباری فضایی کم آب ناشی نمی شود. اسپنسر می‌گوید که تیم هر روز درب APH را باز می‌کردند تا همراهان سبزیجات خود را با مهربانی تمام باغبان‌های خانه تماشا کنند. هنگامی که روز برداشت فرا رسید، آنها فضل خود را در اطراف ایستگاه فضایی بین‌المللی به دست آوردند، سلفی گرفتند و از تماشای میوه‌هایی که در اطراف فضاپیما در حال چرخیدن بودند لذت بردند. حتی زمانی که گرمای شدید اولین لقمه آنها را وادار به خراشیدن کرد، فضانوردان همچنان از چیلی لذت می‌بردند که با گوشت گاو فاهیتا و گوجه‌فرنگی و کنگر آب‌رسانی شده می‌خوردند.
پل بوسلند، که همراه با همکارانش در موسسه فلفل شیلی، اسپانیولا را مهندسی ژنتیکی کردند، می‌گوید: «ما فکر می‌کردیم که [فلفل‌ها] خطرناک نباشند، اما شاید فضانوردان به کمی ادویه در زندگی‌شان نیاز داشته باشند». بذرهای فلفل چیلی بهبود یافته در Plant Habitat-04 رشد می کنند. (آنها غرور فرازمینی جدید نیومکزیکو هستند).
بوسلند با همکاری ناسا، گونه‌ای را پرورش داد که می‌توانست هم نیازهای تغذیه‌ای فضانوردان و هم تدارکات رشد یک گیاه را در فضا برآورده کند. صلیب‌های Bosland با در نظر گرفتن مریخ طراحی شده‌اند: به‌گونه‌ای که زود بلوغ، فشرده، کارآمد در نور کم، انعطاف‌پذیر در محیط‌های کم فشار، و دارای سه برابر ویتامین C پرتقال برای جلوگیری از اسکوربوت پرورش یافته باشند.
هر جنبه از چرخه رشد گیاهان مکانیزه شد. بذرها همراه با کود مخصوص توسعه یافته در محیط خاک رس آرسلیتی بدون خاک کاشته شدند و هر ربع به فتیله های جاذب نمک مجهز شده بود که به دلیل باقیمانده نمکی کود، نهال ها را از سوزاندن محافظت می کرد. هنگامی که آنها جوانه زدند، فضانوردان گیاهان را نازک کردند تا زمانی که تنها چهار گیاه باقی بمانند. سنسورهای 180 پلاس همه جنبه‌های شرایط رشد آنها را کنترل می‌کردند، از جمله تنظیم رنگ چراغ‌ها برای جلوگیری از رشد آنها و نگه داشتن آنها در ارتفاع قابل کنترل دو فوتی.
با وجود محیط رشد بسیار کنترل شده، ریزگرانش گیاهان را به روش‌های پیش‌بینی‌نشده‌ای تحت تأثیر قرار می‌دهد. بدون کشش گرانشی، گل‌ها و پرچم‌های گرده‌ای آنها رو به بالا رشد می‌کردند. از قضا، این امر باعث شد که APH چگونه آنها را گرده افشانی کند - با استفاده از فن هایی که فوران های ملایم هوا برای به حرکت درآوردن گرده ها، به روشی که یک نسیم انجام می دهد، خنثی می شود. درعوض، فضانوردان مجبور بودند به عنوان زنبورهای ناتوان پر می‌کردند و به صورت دستی آنها را یکی یکی گرده‌افشانی می‌کردند.
گرانش میکرو نیز چالش هایی را برای آبیاری ایجاد کرد. همانطور که توسط آژانس فضایی کانادا نشان داده شده است، آب در ریزگرانش نسبت به زمین رفتار متفاوتی دارد. آب که نمی تواند سقوط کند، جاری شود یا بالا رود، یک لایه آبی ایجاد می کند که سطح هر چیزی را که به آن می چسبد می پوشاند. اما آب چسبنده می‌تواند ریشه‌های گیاه را خفه کند. همانطور که Bosland اشاره می کند، "فلفل های چیلی دوست ندارند پاهای خود خیس شوند."
این یکی از چالش‌هایی بود که مهندس APH و دانشمند پژوهشی مرکز فضایی کندی اسکار مونژ باید حل می‌کرد. این سیستم آب را در یک حلقه بسته بازیافت می کند. در کل آزمایش تقریباً به اندازه آب سرد کن اداری آب مصرف شد. سنسورهای رطوبت میزان دقیق چسبندگی به سطح ریشه را تنظیم می‌کنند. سپس هر آبی که توسط گیاه جذب نشده باشد، پس از ایجاد محیط خشک توسط حسگرهای رطوبت، تبخیر می شود. این یک فناوری نیست که برای مثال، ماه یا مریخ آماده عرضه شود. APH از یک سیستم آبیاری استفاده میکند که در حال حاضر برای تولید محصولات کشاورزی پایدار نیست. اما این برای انجام آزمایش‌های زیست‌شناسی فضایی به اندازه کافی خوب است.
با این اوصاف، او از قبل به راه‌هایی فکر میکند که کشاورزی را با سطوح سیارات دیگر سازگار کند، مانند استفاده مجدد از مواد آلی. او می‌گوید: «همانطور که به سمت مریخ حرکت می‌کنیم، به جای آوردن محلول غذایی از زمین، باید شروع به بازیافت بخشی از زیست توده غیرقابل خوردن کنیم». به عنوان مثال، فلفل، ما فقط به فلفل احتیاج داریم. اما برگ ها یا ساقه ها، ریشه ها، شاید بتوانیم مقداری از این مواد مغذی را فشار دهیم.» روش‌هایی مانند کمپوست کردن ضایعات غذایی یا سوزاندن مواد گیاهی غیرخوراکی برای تولید بیوچار ممکن است مواد مغذی را به یک زیستگاه در حال رشد حلقه بسته بازیافت کند.
شیوه‌های تولید زیستی نام بازی برای تولید بلند مدت محصولات فضایی است. چالش‌هایی که فضانوردان برای کشاورزی در فضا با آن روبرو هستند، از خاک بی‌جان و شرایط سخت و غبارآلود گرفته تا آبی که یا باید از یخ استخراج شود یا از زمین آورده شده و بازیافت شود، بسیار شیب‌دار است. بازیافت مواد آلی برای کشت پایدار در محیطی عاری از میکروبیوم های خاک ضروری خواهد بود. کشاورزان زمینی که همچنین به دنبال احیای و حفظ سلامت خاک هستند، تکنیک‌های احیاکننده‌ای را برای مراقبت از اکوسیستم‌های وابسته به جانوران، قارچ‌ها و گیاهی که مواد آلی را بازیافت می‌کنند، ایجاد شرایط رشد مناسب و تقویت تنوع ژنتیکی را توسعه داده‌اند. ترجمه این ایده ها برای استفاده در فضا، آینده کشاورزی خارج از سیاره را هدایت می کند.
برای مثال، در ماه فوریه)بهمن و اسفند)، یک گروه بین‌المللی از محققان سرمقاله‌ای منتشر کردند که در آن استدلال می‌کرد که اتوتروف‌هایی مانند جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها به دلیل استعدادشان در بازیافت هوا و آب از طریق فتوسنتز و تعرق، باید ستون فقرات یک سیستم بازتولیدکننده را برای پروازهای فضایی تشکیل دهند. آنها نقش مهمی در اکوسیستم‌هایی دارند که حیات روی زمین را حفظ می‌کنند و نقش آنها به‌عنوان سنتزکننده‌های انرژی بخشی از پازل احیاکننده است. به عنوان یک گام به سمت این ایده، محققان دانشگاه لوئیزیانا در تلاش برای بازیافت زباله‌های انسانی به زیست توده، انسان‌سازی را از طریق رشد ریزجلبک‌ها در ایستگاه فضایی بین‌المللی آزمایش کردند. اگرچه این آزمایش نشان داد که این سیستم یک حلقه کاملاً بسته نیست و به ورودی‌های خارجی نیاز دارد، ریزجلبک‌ها توانستند سطوح قابل توجهی از اکسیژن و زیست توده را از ادرار و فاضلاب در ایستگاه فضایی بین‌المللی بازیابی کنند.
محققان ناسا با همکاری پاول استامتس و TransNautica قارچ شناس، در حال کاوش در ایجاد خاک با کاشت سیارک ها با قارچ هستند. نقش قارچ ها به عنوان یکپارچه ترین تجزیه کننده های زمین محدود به تجزیه مولکول های آلی و سمی پیچیده نیست. همچنین می تواند محیط های مهمان نوازی را برای جوامع میکروارگانیسم ها ایجاد کند، یک میکروبیوم خاک به اندازه کافی حاصلخیز برای محصولات کشاورزی است. استفاده از قارچ‌ها برای تجزیه سیارک‌های غنی از کربن به خاک ارگانیک ممکن است به سیستم‌های کشاورزی پیچیده و فضای سبز کافی برای حفظ افراد در یک زیستگاه زمین‌شکل‌شده اجازه دهد.
تکنیک های بازیافت انرژی و مدیریت ضایعات نقش مهمی در چگونگی توسعه کشاورزی بر روی زمین ایفا کرده است. هنوز راه درازی در پیش است تا فضانوردان پوشیده از کارهارت، چرخ‌چرخ‌های زیست توده سیارکی را بر روی مریخ حمل کنند، یا برداشت‌های شیلی را به هم ببافند تا بر روی ماه یخ بزنند. اما فلفل‌های Plant Habitat-04 شروع ترجمه آن تکنیک‌ها برای زیستگاه فضایی را نشان می‌دهند. این آزمایش به جمع‌آوری داده‌های لازم برای تعیین محتوای غذایی محصولاتی که در فضا رشد می‌کنند، کمک میکند، و بنابراین، چند نفر را می‌توانند تغذیه کنند و برای چه مدتی می‌توانند تغذیه کنند. اگرچه هنوز چیزهای زیادی ناشناخته است، اسپنسر از یک چیز مطمئن است که فضانوردان آینده باید انجام دهند: «فکر می‌کنم در یک دنیای بهینه، دانشمندی مانند من می‌گوید که از همان روز اول گیاهان می‌رویند. از روزی که می‌رفتند تا روزی که برمی‌گشتند، آنها را رشد می‌دادند.»
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید