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Agricultura espacial

Experimento de crecimiento de plantas Lada

La agricultura espacial se refiere al cultivo de cultivos para alimentos y otros materiales en el espacio o en objetos celestes fuera de la Tierra, equivalente a la agricultura en la Luna .

La agricultura en cuerpos celestes, como la Luna o Marte , comparte muchas similitudes con la agricultura en una estación espacial o colonia espacial . Sin embargo, la agricultura en cuerpos celestes puede carecer de la complejidad de la microgravedad , dependiendo del tamaño del cuerpo. Cada entorno tendría diferencias en la disponibilidad de insumos para el proceso de agricultura espacial: material inorgánico necesario para el crecimiento de las plantas , medios del suelo, insolación , disponibilidad relativa de dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno, etc.

Introducción

Planta de calabacín en el laboratorio Destiny.

El suministro de alimentos a las estaciones espaciales y otras misiones de larga duración es caro . Un astronauta en la Estación Espacial Internacional necesita aproximadamente "1,8 kilogramos de alimentos y envases al día". [1] Para una misión a largo plazo, como una misión marciana de tres años con una tripulación de cuatro hombres, este número puede aumentar hasta 24.000 libras (11.000 kg). [1]

Debido al costo del reabastecimiento y a la impracticabilidad de reabastecer las misiones interplanetarias, la perspectiva de aumentar los alimentos durante los vuelos es increíblemente atractiva. La existencia de una granja espacial ayudaría a la creación de un entorno sostenible , ya que las plantas se pueden utilizar para reciclar aguas residuales, generar oxígeno, purificar continuamente el aire y reciclar las heces en la estación espacial o la nave espacial. [2] Sólo 10 m² de cultivos producen el 25% de las necesidades diarias de una persona, o alrededor de 180-210 gramos de oxígeno. [3] Básicamente, la granja espacial convierte la nave espacial en un ecosistema artificial con un ciclo hidrológico y reciclaje de nutrientes. [4] [5]

Además de mantener una vida útil y reducir la masa total, la capacidad de cultivar alimentos en el espacio ayudaría a reducir la brecha de vitaminas en las dietas de los astronautas y proporcionaría alimentos frescos con mejor sabor y textura. Actualmente, gran parte de la comida que se suministra a los astronautas se trata térmicamente o se liofiliza . Ambos métodos conservan en su mayor parte las propiedades del pretratamiento alimentario. Sin embargo, puede producirse degradación de las vitaminas durante el almacenamiento. Un estudio de 2009 observó que pueden producirse disminuciones significativas en las vitaminas A , C y K , así como en el ácido fólico y la tiamina en tan solo un año de almacenamiento. [1] Una misión a Marte podría requerir el almacenamiento de alimentos durante hasta cinco años; por tanto, se necesitaría una nueva fuente de estas vitaminas. [1]

Es probable que el suministro de alimentos a otros sea una parte importante de los primeros asentamientos fuera de la Tierra. La producción de alimentos no es una tarea trivial y probablemente sea una de las tareas más vitales y que requieren más mano de obra de los primeros colonos. Entre otras cosas, la NASA está investigando cómo realizar cultivos espaciales. [6] [7]

Desafíos técnicos

Experimento avanzado de crecimiento de plantas de soja en astrocultura

Los colonos que intenten realizar agricultura fuera de la Tierra enfrentarán una variedad de desafíos técnicos. Estos incluyen el efecto de la reducción de la gravedad, la iluminación y la presión, así como el aumento de la radiación. [6] Aunque los invernaderos pueden resolver muchos de los problemas que presenta el espacio, su construcción conllevaría su propio conjunto de desafíos técnicos. [8] [9]

Las plantas que crecen en vuelo experimentan un ambiente de microgravedad , y las plantas que crecen en la superficie de Marte experimentan aproximadamente 1/3 de la gravedad que experimentan las plantas terrestres. Sin embargo, las plantas experimentan un crecimiento normal dado que se les proporciona luz direccional. [10] El crecimiento normal se clasifica como dirección opuesta de crecimiento de raíces y brotes. Dicho esto, muchas plantas cultivadas en un entorno de vuelos espaciales han sido significativamente más pequeñas que las que crecen en la superficie de la Tierra y crecieron a un ritmo más lento. [10]

Además de los distintos efectos de la gravedad, las plantas que crecen en la superficie de Marte estarán expuestas a niveles mucho más altos de radiación que en la Tierra, a menos que estén protegidas. La exposición a altos niveles de radiación puede dañar el ADN de las plantas, lo que ocurre cuando los radicales hidroxilo altamente reactivos atacan el ADN. [11] La degradación del ADN tiene un efecto directo sobre la germinación, el crecimiento y la reproducción de las plantas. [11] La radiación ionizante también tiene un efecto sobre la función del PSII y puede causar una pérdida de función y la generación de radicales responsables de la fotooxidación. La intensidad de estos efectos varía de una especie a otra. [12]

El entorno de baja presión de la superficie de Marte también ha sido motivo de preocupación. Las condiciones hipobáricas pueden afectar la fotosíntesis neta y las tasas de evapotranspiración. Sin embargo, un estudio de 2006 sugiere que mantener concentraciones elevadas de CO 2 puede mitigar los efectos de condiciones hipobáricas tan bajas como 10 kPa para lograr un crecimiento normal de las plantas. [13]

El suelo marciano contiene la mayoría de los minerales necesarios para el crecimiento de las plantas, excepto el nitrógeno reactivo, que es producto de la mineralización de la materia orgánica. [14] Dado que la superficie marciana es deficiente en materia orgánica, falta nitrógeno reactivo. El nitrógeno reactivo es un componente necesario del suelo utilizado para el crecimiento de las plantas, y es posible que las especies fijadoras de nitrógeno, como las bacterias, puedan ayudar a suministrar nitrógeno reactivo. Sin embargo, un estudio de 2014 sugirió que las plantas podían germinar y sobrevivir un período de 50 días en suelo marciano y lunar utilizando suelos simulantes. Dicho esto, sólo una de las cuatro especies experimentadas tuvo un desempeño lo suficientemente bueno como para lograr la formación de flores completas, y se necesita más trabajo para lograr un crecimiento completo. [14]

experimentos

Entrevista con científicos hortícolas de la Universidad de Florida sobre sus experimentos de agricultura espacial

Cultivos experimentados con

Se ha considerado el uso de los siguientes cultivos en granjas espaciales: [3] [23] patatas, cereales, arroz, frijoles, tomates, pimentón, lechuga, repollo, fresas, cebollas y pimientos.

Ver también

Referencias

Flor de zinnia en la ISS
  1. ^ abcd Cooper, Maya; Douglas, gracia; Perchonok, Michele (1 de marzo de 2011). "Desarrollo del sistema alimentario de la NASA para misiones de larga duración". Revista de ciencia de los alimentos . 76 (2): R40–R48. doi : 10.1111/j.1750-3841.2010.01982.x . ISSN  1750-3841. PMID  21535783.
  2. ^ "Libro blanco. El esfuerzo de la agricultura espacial". Agricultura Abierta . 1 (1): 70–73. 26 de mayo de 2016. doi : 10.1515/opag-2016-0011 . ISSN  2391-9531.
  3. ^ ab revista Kijk 9/2015
  4. ^ Maggi F. y C. Pallud, (2010), Agricultura espacial en microgravedad e hipogravedad: un estudio comparativo de la hidráulica y la biogeoquímica del suelo en una unidad de cultivo en la Tierra, Marte, la Luna y la estación espacial Planet. Ciencia espacial. 58, 1996–2007, doi:10.1016/j.pss.2010.09.025.
  5. ^ Maggi F. y C. Pallud, (2010), Agricultura de base marciana: el efecto de la baja gravedad en el flujo de agua, los ciclos de nutrientes y la dinámica de la biomasa microbiana, Advances in Space Research 46, 1257-1265, doi:10.1016/j. asr.2010.07.012
  6. ^ ab Moskowitz, Clara (15 de mayo de 2013). "¿Cultivar en Marte? La NASA reflexiona sobre el suministro de alimentos para la misión 2030". Fox News . Consultado el 18 de mayo de 2014 .
  7. ^ Wheeler, Raymond M. (10 de febrero de 2017). "Agricultura para el espacio: personas y lugares que allanan el camino". Agricultura Abierta . 2 (1): 14–32. doi : 10.1515/opag-2017-0002 . ISSN  2391-9531.
  8. ^ Schubert, D. (5 de abril de 2017). "Análisis de producción de invernaderos de escenarios de misiones tempranas para hábitats de la Luna y Marte". Agricultura Abierta . 2 (1): 91-115. doi : 10.1515/opag-2017-0010 . ISSN  2391-9531.
  9. ^ Zeidler, Conrado; Vrakking, Vicente; Bamsey, Mateo; Poulet, Lucie; Zabel, Pablo; Schubert, Daniel; Paille, Christel; Mazzoleni, Erik; Domurath, Nico (25 de marzo de 2017). "Módulo de invernadero para el sistema espacial: un diseño de invernadero lunar". Agricultura Abierta . 2 (1): 116-132. doi : 10.1515/opag-2017-0011 . ISSN  2391-9531.
  10. ^ ab Paul, Anna-Lisa; Amalfitano, Claire E.; Ferl, Robert J. (7 de diciembre de 2012). "Las estrategias de crecimiento de las plantas se remodelan con los vuelos espaciales". Biología vegetal BMC . 12 : 232. doi : 10.1186/1471-2229-12-232 . ISSN  1471-2229. PMC 3556330 . PMID  23217113. 
  11. ^ ab Esnault, Marie-Andrée; Legue, Florencia; Chenal, Cristiano (2010). "Radiaciones ionizantes: avances en la respuesta de las plantas". Botánica Ambiental y Experimental . 68 (3): 231–237. doi :10.1016/j.envexpbot.2010.01.007.
  12. ^ Micco, Verónica De; Arena, Carmen; Pignalosa, Diana; Durante, Marco (1 de marzo de 2011). "Efectos de las radiaciones densa y escasamente ionizantes en las plantas". Radiación y Biofísica Ambiental . 50 (1): 1–19. doi :10.1007/s00411-010-0343-8. ISSN  0301-634X. PMID  21113610. S2CID  28544281.
  13. ^ Richards, Jeffrey T.; Corey, Kenneth A.; Paul, Anna-Lisa; Ferl, Robert J.; Wheeler, Raymond M.; Schuerger, Andrew C. (1 de diciembre de 2006). "Exposición de Arabidopsis thaliana a entornos hipobáricos: implicaciones para los sistemas de soporte vital bioregenerativos de baja presión para misiones de exploración humana y terraformación en Marte". Astrobiología . 6 (6): 851–866. Código Bib : 2006AsBio...6..851R. doi :10.1089/ast.2006.6.851. ISSN  1531-1074. PMID  17155885.
  14. ^ ab Wamelink, GW Wieger; Frissel, Joep Y.; Krijnen, Wilfred HJ; Verwoert, M. Rinie; Goedhart, Paul W. (27 de agosto de 2014). "¿Pueden crecer las plantas en Marte y la Luna? Un experimento de crecimiento en simuladores de suelo de Marte y la Luna". MÁS UNO . 9 (8): e103138. Código Bib : 2014PLoSO...9j3138W. doi : 10.1371/journal.pone.0103138 . ISSN  1932-6203. PMC 4146463 . PMID  25162657. 
  15. ^ "NASA - Sistema de cultivo modular europeo". Archivado desde el original el 25 de noviembre de 2010 . Consultado el 22 de abril de 2014 .
  16. ^ "La NASA subvenciona 125.000 dólares para financiar una impresora de alimentos 3D". Noticias de 3ders . 21 de mayo de 2013 . Consultado el 18 de mayo de 2014 .
  17. ^ "NASA - Sistema de producción de hortalizas". nasa.gov . Consultado el 8 de diciembre de 2017 .
  18. ^ China está a punto de aterrizar huevos vivos en la cara oculta de la Luna Archivado el 2 de enero de 2019 en Wayback Machine . Yasmin Tayag, Inversa . 2 de enero de 2019.
  19. ^ Experimento LPX de plantas lunares. NASA. Consultado el 5 de enero de 2019.
  20. ^ La próxima frontera de la NASA: cultivar plantas en la Luna. Tarun Wadhwa, Forbes . 2013.
  21. ^ "EDEN ISS | Demostración terrestre de tecnologías de cultivo de plantas y operación en el espacio" . Consultado el 21 de junio de 2021 .
  22. ^ "DLR - Instituto de Sistemas Espaciales - EDEN ISS". www.dlr.de. ​Consultado el 21 de junio de 2021 .
  23. ^ Wheeler, Raymond (2010). "Plantas que sustentan la vida humana en el espacio: de Myers a Marte". Biología gravitacional y espacial . 23 : 25–36.

enlaces externos