|
Методы сельского хозяйства на Луне и Марсе
|
|
|
|
Космос не славится плодородными почвами или идеальными условиями для сельского хозяйства во всей Солнечной системе. Тем не менее, в условиях экстремальных температур и огромных расстояний, междисциплинарные группы Центра аэрокосмических исследований, науки, технологий и приложений (ASTRA) Университета Южной Флориды (USF) сотрудничают над проектами устойчивого космического сельского хозяйства с потенциальными возможностями применения на Земле.
|
|
|
|
Большая часть этой работы ведется без выхода за пределы Земли. Исследователи по всему кампусу моделируют космическую среду в лабораториях, тестируя, как растения, микробы и биологические системы реагируют на те же стрессы, с которыми они столкнулись бы на Луне и Марсе.
|
|
|
|
«Мы создаем междисциплинарные команды инженеров, специалистов по растениям и исследователей в области здравоохранения, которые вносят свой вклад в космические проекты и их применение на Земле. Это создает для USF возможность утвердиться в качестве лидера в этой области», — сказала Стефани Кэри, доцент и руководитель исследовательского центра ASTRA Университета Южной Флориды.
|
|
|
|
Взглянув на лабораторию доцента Кристины Ричардс, можно увидеть дикие растения, адаптированные к сложным условиям окружающей среды, особенно прибрежные виды, такие как болотная трава Spartina alterniflora и красные мангровые деревья. Хотя переход от прибрежных экосистем к космосу может показаться маловероятным, Ричардс быстро увидела связь, когда ее аспирантка Джессика Бейнс проявила интерес к космической ботанике.
|
|
|
|
|
|
|
«Космическое сельское хозяйство — это понимание того, как выращивать растения в чрезвычайно сложных условиях», — сказала Ричардс. «Сначала я рассматривала эту тему как возможность применить наши подходы в геномике, чтобы понять, как растения регулируют эти реакции в условиях стресса, с которым они сталкиваются в внеземной среде».
|
|
|
|
В сотрудничестве с другими исследователями интегративной биологии из Университета Южной Флориды лаборатория изучает, как красные мангровые деревья выживают в сложных условиях, таких как загрязнение, изменение качества воды и другие стрессовые факторы окружающей среды. Мангровые деревья, уже обладающие высокой устойчивостью, представляют собой модель выживания в экстремальных условиях. Исследователи изучают, как растения и микроорганизмы, живущие вокруг их корней, помогают им адаптироваться, и планируют сотрудничать с университетом Южной Флориды для тестирования мангровых деревьев в условиях космического пространства.
|
|
|
|
«Мы хотим, чтобы это была строгая наука, а не просто восторг от «космической работы», — сказал Ричардс. — Цель состоит в том, чтобы начать с прочной биологии растений, основанной на земных системах, прежде чем расширяться до сельского хозяйства и реальных условий роста в космосе».
|
|
Переработка отходов и замкнутый цикл сельского хозяйства
|
|
|
|
Устойчивое развитие выходит за пределы Земли. Исследование космоса требует больших ресурсов и тщательного управления ограниченными запасами. В лаборатории мембранной биотехнологии профессора Даниэля Йе исследователи разработали систему сборки органического процессора, которая использует анаэробные микроорганизмы для расщепления человеческих отходов и извлечения питательных веществ, производя богатую жидкость, похожую на водный раствор питательных веществ для растений.
|
|
|
|
«Транспортировка грузов в космос чрезвычайно дорога, и каждый фунт (0,45 килограмма) полезной нагрузки имеет значение», — сказала Александра Смит, аспирантка лаборатории Йе. «Вместо того чтобы удалять питательные вещества как отходы, мы перерабатываем их в системы выращивания растений, которые могут поддерживать астронавтов в длительных миссиях. Эта же технология может быть использована для решения проблем очистки сточных вод на Земле».
|
|
|
|
В лаборатории успешно выращивают бок-чой без почвы, используя эти переработанные питательные вещества.
|
|
|
|
Помимо космоса, эта технология имеет важное применение на Земле. В регионах без централизованной инфраструктуры очистки сточных вод децентрализованные системы, подобные этой, могут обеспечить устойчивые решения для очистки. Йе уже работал над проектами в Южной Африке, где системы очистки сточных вод поддерживают школы, а также над проектами на Гавайях, где вулканические породы затрудняют установку традиционной инфраструктуры.
|
|
|
|
«В течение последних 20 лет наша лаборатория разрабатывала автономные системы очистки сточных вод и рекуперации ресурсов, такие как NEWgenerator, который был успешно внедрен в Индии и Южной Африке», — сказал Йе. «Наша технология в конечном итоге привлекла внимание НАСА. В течение последних восьми лет мы сотрудничаем с Космическим центром имени Кеннеди над разработкой различных космических версий нашей технологии мембранных биореакторов для внедрения в будущую лунную базу».
|
|
|
|
Внутри небольших кубовидных спутников, движущихся по низкой околоземной орбите, автоматизированные теплицы исследуют, как наземные растения выживают в космосе. Эти системы, известные как кубсаты, запускаются НАСА в сотрудничестве с университетами, включая Университет Южной Флориды (USF), и частично возглавляются профессором USF Арашем Такши.
|
|
|
|
«НАСА хотело расширить возможности изучения растений в космосе, поскольку миссии на Луну и Марс стали более серьезными приоритетами», — сказал Такши. «Хотя эксперименты были сложными, они показали, насколько чувствительны растения к переменным факторам окружающей среды. Небольшие изменения в газах, влажности, количестве влаги или освещенности значительно влияли на рост».
|
|
|
|
Такши создал ранний прототип в своем шкафу, используя красный салат ромэн. То, что начиналось как простая установка с датчиками, камерами и системами мониторинга газов, превратилось в сложную платформу, предназначенную для поддержания роста растений в космосе.
|
|
|
|
Работа показала, как много взаимосвязанных биологических и экологических факторов необходимо одновременно контролировать в замкнутом пространстве. Эта сложность побудила команду выйти за рамки изучения растений и заняться исследованиями грибов, поскольку некоторые грибы растут быстрее и более устойчивы к экстремальным условиям, чем растения. Некоторые виды грибов обладают необычными свойствами, связанными с радиацией, которые интересуют НАСА, и исследователи изучают возможность их использования в системах питания или биологической поддержке длительных миссий.
|
|
|
|
«Сначала я подходил к работе исключительно с инженерной точки зрения, сосредоточившись на датчиках и электрических системах», — сказал Такши. «В конце концов мы поняли, что нам необходимо привлечь других экспертов из Университета Южной Флориды, таких как Ричардс и Йе, благодаря их опыту в области биологии и космоса».
|
|
|
|
Эти совместные исследования представляют собой лишь одну из областей растущего участия Университета Южной Флориды в космических исследованиях, где ученые и инженеры изучают проблемы, начиная от сельского хозяйства и устойчивого развития и заканчивая здоровьем человека и передовыми технологиями для будущих миссий.
|
|
|
|
Источник
|
