إذا كنا نعتزم في أي وقت إرسال مهمات مأهولة إلى مواقع الفضاء السحيق ، فنحن بحاجة إلى التوصل إلى حلول لكيفية الحفاظ على الطاقم مزودًا. بالنسبة لرواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) ، الذين يتلقون بانتظام مهام إعادة إمداد من الأرض ، فهذه ليست مشكلة. ولكن بالنسبة للبعثات التي تسافر إلى وجهات مثل المريخ وما وراءها ، فإن الاكتفاء الذاتي هو اسم اللعبة!
هذه هي الفكرة من وراء مشاريع مثل BIOWYSE و مقياس الوقت ، والتي يجري تطويرها من قبل مركز البحوث متعددة التخصصات في الفضاء (CIRiS) في النرويج. يدور هذان النظامان حول تزويد رواد الفضاء بإمدادات مستدامة ومتجددة من مياه الشرب والأغذية النباتية. من خلال القيام بذلك ، فهم يعالجون اثنين من أهم احتياجات البشر الذين يؤدون مهام طويلة الأمد والتي ستأخذهم بعيدًا عن الوطن.
على الرغم من أنه يمكن إعادة تزويد محطة الفضاء الدولية بأقل من ست ساعات (الوقت بين الإطلاق والوقت الذي ستلتحم فيه كبسولة الإمداد بالمحطة) ، لا يزال رواد الفضاء يعتمدون على تدابير الحفظ أثناء التواجد في المدار. في الواقع ، تقريبًا 80٪ من الماء على متن محطة الفضاء الدولية يأتي من بخار الماء المحمول جواً (الناتج عن التنفس والعرق) بالإضافة إلى مياه الاستحمام والبول المعاد تدويرها - وكلها يتم معالجتها بالمواد الكيميائية لجعلها آمنة للشرب.
الغذاء أمر آخر. تقديرات ناسا أن كل رائد فضاء على متن محطة الفضاء الدولية سيستهلك 0.83 كجم (1.83 رطل) من الطعام لكل وجبة ، وهو ما يعادل 2.5 كجم (5.5 رطل) يوميًا. حوالي 0.12 كجم (0.27 رطل) من كل وجبة هو فقط من مواد التعبئة والتغليف ، مما يعني أن رائد فضاء واحد سينتج ما يقرب من رطل من النفايات يوميًا - وهذا لا يشمل حتى النوع الآخر من 'النفايات' التي تأتي من الأكل!
باختصار ، تعتمد محطة الفضاء الدولية على مهمات إعادة الإمداد المكلفة لتوفير 20٪ من مياهها وكل طعامها. ولكن عندما ينشئ رواد الفضاء مواقع استيطانية على القمر والمريخ ، فقد لا يكون هذا خيارًا. بينما يمكن إرسال الإمدادات إلى القمر في غضون ثلاثة أيام ، فإن الحاجة إلى القيام بذلك بانتظام ستجعل تكلفة إرسال الطعام والمياه باهظة. في غضون ذلك ، تستغرق المركبة الفضائية ثمانية أشهر للوصول إلى المريخ ، وهو أمر غير عملي على الإطلاق.
فلا عجب إذن لماذا تتضمن معماريات المهمة المقترحة للقمر والمريخ استخدام الموارد في الموقع (ISRU) ، حيث سيستخدم رواد الفضاء الموارد المحلية لتحقيق أكبر قدر ممكن من الاكتفاء الذاتي. يعد توافر الجليد على سطح القمر والمريخ مثالًا رئيسيًا على ذلك ، والذي سيتم حصاده لتوفير مياه الشرب والري. لكن البعثات إلى مواقع الفضاء السحيق لن يكون لها هذا الخيار أثناء عبورها.
لتوفير إمدادات مستدامة من المياه ، يعمل الدكتور Emmanouil Detsis وزملاؤه على تطوير التلوث البيولوجي السيطرة المتكاملة للأنظمة الرطبة لاستكشاف الفضاء (BIOWYSE). بدأ هذا المشروع كتحقيق عن طرق تخزين المياه العذبة لفترات طويلة من الوقت ، ومراقبتها في الوقت الفعلي بحثًا عن علامات التلوث ، وتطهيرها بالأشعة فوق البنفسجية (بدلاً من المواد الكيميائية) ، والاستغناء عنها حسب الحاجة.
دفيئة الفضاء النموذجية التي طورها مشروع TIME SCALE ، والذي يعيد تدوير العناصر الغذائية لزراعة الغذاء. الائتمان: Karoliussen / HORIZON
ما نتج عن ذلك هو آلة مؤتمتة يمكنها أداء كل هذه المهام. كما أوضح الدكتور ديتسيس:
'أردنا نظامًا يمكنك من خلاله نقله من الألف إلى الياء ، من تخزين المياه إلى إتاحتها لشخص ما للشرب. هذا يعني أنك تقوم بتخزين المياه ، ويمكنك مراقبة التلوث البيولوجي ، ويمكنك التطهير إذا كان عليك ذلك ، وأخيراً تقوم بتوصيل الكوب للشرب ... عندما يريد شخص ما شرب الماء ، تضغط على الزر. إنه مثل مبرد الماء '.
بالإضافة إلى مراقبة المياه المخزنة ، فإن آلة BIOWYSE قادرة أيضًا على تحليل الأسطح الرطبة داخل مركبة فضائية بحثًا عن علامات التلوث. هذا مهم لأن الأنظمة المغلقة مثل المركبات الفضائية والمحطات الفضائية ، لديك تراكم للرطوبة ، مما قد يتسبب في تراكم المياه في مناطق غير نظيفة. بمجرد استعادة هذه المياه ، يصبح من الضروري بعد ذلك تطهير كل المياه المخزنة في النظام.
وأضاف الدكتور ديتسيس: 'تم تصميم النظام مع وضع الموائل المستقبلية في الاعتبار'. 'إذن محطة فضائية حول القمر ، أو مختبر ميداني على المريخ في العقود القادمة. هذه هي الأماكن التي ربما كانت المياه فيها تجلس هناك بعض الوقت قبل وصول الطاقم '.
انطباع الفنان عن بيولاب. مرفق مصمم لدعم التجارب البيولوجية على الكائنات الحية الدقيقة والنباتات الصغيرة واللافقاريات الصغيرة. الائتمان: ESA - D. Ducros
ال التكنولوجيا والابتكار لتطوير المعدات المعيارية في أنظمة دعم الحياة المتقدمة والقابلة للتطوير لاستكشاف الفضاء وفي الوقت نفسه ، تم تصميم مشروع (مقياس الوقت) لإعادة تدوير المياه والمغذيات من أجل زراعة النباتات. يشرف على هذا المشروع الدكتورة Ann-Iren Kittang Jost من مركز البحوث متعددة التخصصات في الفضاء (CIRiS) في النرويج.
هذا النظام لا يختلف عن نظام الزراعة المعياري الأوروبي (EMCS) أو ملف بيولاب النظام ، والتي تم إرسالها إلى محطة الفضاء الدولية في عامي 2006 و 2018 (على التوالي) لإجراء تجارب بيولوجية في الفضاء. استلهامًا من هذه الأنظمة ، صممت الدكتورة جوست وزملاؤها 'صوبة زجاجية في الفضاء' يمكنها زراعة النباتات ومراقبة صحتها. على حد تعبيرها:
'نحن (بحاجة) إلى أحدث التقنيات لزراعة الغذاء لاستكشاف الفضاء في المستقبل للقمر والمريخ. اتخذنا (ECMS) كنقطة انطلاق لتحديد المفاهيم والتقنيات لمعرفة المزيد حول زراعة المحاصيل والنباتات في الجاذبية الصغرى. '
يعتمد النموذج الأولي TIME SCALE ، مثل أسلافه ، Biolab و ECMS ، على جهاز طرد مركزي دوار لمحاكاة الجاذبية القمرية والمريخية ويقيس تأثير ذلك على امتصاص النباتات للعناصر الغذائية والمياه. يمكن أن يكون هذا النظام مفيدًا أيضًا هنا على الأرض ، حيث يسمح للبيوت الزجاجية بإعادة استخدام العناصر الغذائية والمياه وتقنية استشعار أكثر تقدمًا لمراقبة صحة النبات ونموه.
النباتات المزروعة في الدفيئة المستقلة TPU. الائتمان: TPU
ستكون مثل هذه التقنيات حاسمة عندما يحين الوقت لتأسيس وجود بشري على القمر وعلى المريخ ومن أجل مهمات الفضاء السحيق. في السنوات القادمة ، تخطط ناسا لتحقيق العودة التي طال انتظارها إلى القمر مشروع أرتميس ، والتي ستكون الخطوة الأولى في إنشاء ما يتصورونه كبرنامج 'لاستكشاف القمر المستدام'.
يعتمد الكثير من هذه الرؤية على إنشاء موطن مداري ( بوابة القمر ) وكذلك البنية التحتية على السطح ( معسكر قاعدة أرتميس ) اللازمة لدعم الوجود البشري الدائم. وبالمثل ، عندما تبدأ ناسا في القيام بمهمات مأهولة إلى المريخ ، فإن بنية المهمة تستدعي موطنًا مداريًا ( معسكر قاعدة المريخ ) ، متبوعًا على الأرجح بواحد على السطح.
في جميع الحالات ، يجب أن تكون البؤر الاستيطانية مكتفية ذاتيًا نسبيًا نظرًا لأن مهام إعادة الإمداد لن تتمكن من الوصول إليها في غضون ساعات. كما أوضح الدكتور ديتسيس:
'لن يكون مثل محطة الفضاء الدولية. لن يكون لديك طاقم دائم طوال الوقت. ستكون هناك فترة قد يكون فيها المختبر فارغًا ، ولن يكون هناك طاقم حتى يصل التحول التالي في غضون ثلاثة أو أربعة أشهر (أو أكثر). ستكون المياه والموارد الأخرى موجودة هناك ، وقد تؤدي إلى تكوين كائنات دقيقة '.
من خلال امتلاك التقنيات التي يمكن أن تضمن أن مياه الشرب آمنة ونظيفة وفي إمداد ثابت - وأن النباتات يمكن زراعتها بطريقة مستدامة - ستكون البؤر الاستيطانية ومهام الفضاء السحيق قادرة على تحقيق مستوى من الاكتفاء الذاتي وتكون أقل معتمدين على الأرض.
قراءة متعمقة: هورايزون / المفوضية الأوروبية