Pelancaran misi Artemis 1 NASA ke Bulan pada November menandakan satu lagi langkah dalam perjalanan yang satu hari nanti akan membawa kepada manusia melawat jiran planet terdekat kita, Marikh. Misi manusia akhirnya akan menyusul selepas beberapa kapal angkasa robotik, yang paling terkini ialah pendaratan rover Perseverance di planet merah pada Februari 2021. Untuk perjalanan manusia ke Marikh terdapat banyak isu teknologi yang perlu diselesaikan, penting antara mereka adalah perlindungan daripada sinaran suria dan kesihatan anak kapal, termasuk cara terbaik untuk menyediakan makanan berkhasiat. Tumpuan dan cabaran bagi ramai pakar yang mengkaji yang terakhir adalah bagaimana untuk mengelakkan kekurangan terpendam yang disebabkan oleh penggunaan berterusan makanan kering beku. Ketersediaan makanan segar jelas akan menjadi kelebihan kesihatan dan psikologi yang utama, dan untuk ini adalah perlu untuk menanam dan menuai tumbuhan dalam perjalanan. Dalam artikel ini, penulis menyemak data dan penyelidikan semasa mengenai pemakanan, faedah perubatan dan psikologi, dan kemungkinan kaedah menanam tanaman di angkasa lepas.
Menurut NASA, lima bahaya utama muncul semasa penerbangan angkasa lepas: sinaran angkasa, pengasingan dan kurungan, jarak dari Bumi, graviti rendah, dan persekitaran yang bermusuhan dan tertutup kapal angkasa. Tumbuhan hidup dan makanan yang baru ditanam boleh memainkan peranan utama dalam menyokong tiga daripada ini: pemakanan, keperluan perubatan dan psikologi krew.
Pemakanan
Keseimbangan pemakanan makanan yang dibekalkan untuk misi angkasa lepas mesti disesuaikan dengan sempurna untuk kru untuk mengekalkan perjalanan yang panjang dalam kesihatan yang baik
Keseimbangan pemakanan makanan yang dibekalkan untuk misi angkasa lepas mesti disesuaikan dengan sempurna untuk kru untuk mengekalkan perjalanan yang panjang dalam keadaan sihat. Memandangkan bekalan semula dari Bumi akan menjadi sukar, menentukan diet yang betul dan bentuk yang tepat adalah matlamat kritikal.
Mengelakkan sebarang kekurangan nutrien penting adalah cabaran yang paling jelas, dan keperluan pemakanan terperinci telah dikaji oleh NASA. Kebanyakan 'sistem' makanan angkasa lepas, bagaimanapun, telah terbukti kekurangan. Khususnya, penyimpanan makanan ambien yang lama mendorong degradasi vitamin A, B1, B6 dan C.
Purata penurunan berat badan terkumpul untuk angkasawan ialah 2.4 peratus setiap 100 hari dalam mikrograviti, walaupun dengan tindakan balas senaman rintangan yang ketat. Angkasawan juga telah terbukti mengalami kekurangan nutrisi dalam kalium, kalsium, vitamin D dan vitamin K kerana makanan yang dibekalkan tidak membenarkan mereka memenuhi keperluan pengambilan harian.
Tumbuhan secara semulajadi mengandungi vitamin dan mineral, dan penggunaan segera makanan segar akan mengelakkan masalah penyimpanan. Oleh itu, memakannya akan menjadi tambahan yang bagus untuk makanan beku-kering.
Angkasawan Scott Kelly merawat zinnia angkasa yang mati kembali sihat di ISS. Dia mengambil gambar sejambak bunga di Cupola berlatarbelakangkan Bumi dan berkongsi foto itu ke Instagramnya untuk Hari Valentine pada 2016.
Perubatan
Selain vitamin dan mineral, tumbuhan mensintesis banyak metabolit sekunder yang berbeza. Sebatian ini boleh membantu dalam mencegah masalah kesihatan. Sebagai contoh, folat terlibat dalam pembaikan DNA, tetapi keperluannya dipenuhi hanya pada 64 peratus hari penerbangan. Memandangkan telomer, penghujung kromosom, telah terbukti berubah dengan ketara semasa penerbangan panjang, suplemen folat melalui tumbuhan segar boleh membantu mengurangkan penuaan genetik dan kejadian kanser.
Antara contoh lain, sayur-sayuran yang kaya dengan karotenoid boleh menghalang herotan mata yang disebabkan oleh mikrograviti, manakala diet plum kering boleh membantu mencegah kehilangan tulang akibat radiasi. Banyak tumbuhan mengandungi antioksidan yang boleh membantu dalam melindungi DNA manusia daripada mutasi yang disebabkan oleh radiasi. Walau bagaimanapun, diet berasaskan tumbuhan tidak mencukupi dan penyelesaian lain mesti dibangunkan untuk melindungi angkasawan daripada radiasi.
Psikologi
Selain vitamin dan mineral, tumbuhan mensintesis banyak metabolit sekunder yang berbeza
Memandangkan pengasingan dan jarak akan memberi tekanan yang ketara kepada kesihatan mental angkasawan, makan adalah salah satu masa paling penting untuk meringankan mood. Makan makanan kering beku pada setiap hidangan menimbulkan keletihan menu dan angkasawan cenderung makan lebih sedikit dari semasa ke semasa. Makan makanan segar boleh mengurangkan keletihan ini, tidak kurang dalam menyediakan kepelbagaian dalam bentuk dan tekstur.
Satu lagi aktiviti yang bermanfaat kepada kesihatan mental anak kapal ialah hortikultur. Tumbuh-tumbuhan yang tumbuh telah terbukti mempunyai kesan yang sangat bermanfaat, kerana ia boleh memberi para angkasawan perasaan mengembara dengan sekeping Bumi. Beberapa kajian telah cuba mencari tumbuhan dengan kesan psikologi yang paling bermanfaat, kerana ia boleh menjadi faktor yang sangat penting untuk kesihatan mental anak kapal. Sebagai contoh, strawberi boleh meningkatkan tindak balas psikologi yang positif, seperti semangat dan harga diri, mengurangkan kemurungan dan tekanan manakala ketumbar boleh meningkatkan kualiti tidur.
Oleh itu, penternakan angkasa lepas berasaskan tumbuhan adalah menarik pada tahap pemakanan, psikologi dan perubatan. Walau bagaimanapun, kekurangan ruang dan keadaan pertumbuhan tertentu mengehadkan bilangan dan pilihan tanaman.
Pilihan sebenar tanaman yang digunakan berbeza-beza, bergantung pada kriteria yang diperiksa dan bidang (pemakanan, psikologi dan perubatan) yang diutamakan. Sesetengah tumbuhan dengan jangka hayat yang panjang boleh menjadi mudah, seperti gandum atau kentang, tetapi mempunyai kelemahan kerana perlu dimasak sebelum dimakan. Faktor lain yang perlu dipertimbangkan ialah sistem pembiakan dan cara pendebungaan tumbuhan, kerana haiwan (seperti serangga) tidak dibenarkan berada di atas kapal.
Senarai tanaman yang berpotensi untuk tumbuh di angkasa telah ditubuhkan, sebahagian daripadanya telah ditanam di atas kapal. Penulis memilih kriteria pemakanan dan agronomik sebagai alat untuk memilihnya. Oleh itu, untuk kesan psikologi, nilai dari satu (min) hingga empat (maks) dikaitkan dengan rasa dan rupa bahagian tanaman atau tumbuhan yang boleh dimakan.
Jadual tanaman berbeza dengan ciri pemakanan, perubatan, agronomik dan psikologi yang sesuai untuk misi panjang di angkasa.
Menanam tumbuhan dalam kapal angkasa
Ruang membentangkan dua sumber utama tekanan untuk tumbuhan: sinaran kosmik dan mikrograviti.
Sinaran menjejaskan pertumbuhan tumbuhan secara negatif dan meningkatkan risiko mutasi genetik, jadi melindungi tumbuhan daripada sinaran harus menjadi keutamaan. Walaupun sinaran boleh dibendung menggunakan plumbum dan/atau perisai air, ini mewakili jisim tambahan untuk diletakkan di orbit. Penyelesaian yang baik, yang berasal dari Kem Pangkalan Marikh Lockheed Martin (2018), adalah menggunakan simpanan bahan api sebagai perisai sinaran.
Mikrograviti, sebaliknya, tidak menjejaskan pertumbuhan tumbuhan dengan ketara, walaupun ia mungkin memperlahankannya. Walau bagaimanapun, tindak balas tumbuhan berbeza mengikut spesies, kerana mikrograviti mempengaruhi ekspresi genom tumbuhan. Telah ditemui bahawa, dalam mikrograviti, tumbuhan akan mengekspresikan lebih banyak gen yang berkaitan dengan tekanan, seperti gen kejutan haba, dan meningkatkan pengeluaran protein yang berkaitan dengan tekanan. Selain itu, biji benih didapati mempunyai kepekatan metabolit yang berbeza dan percambahan tertunda.
Mikrograviti juga menjejaskan persekitaran mikro tumbuhan, seperti kekurangan pergerakan atmosfera, mewujudkan komposisi atmosfera yang luar biasa dan kesukaran untuk menyiram (dengan atau tanpa sokongan). Tiada perolakan udara di angkasa lepas, jadi jika stesen tumbuh tidak mempunyai pengudaraan yang mencukupi, sebarang gas yang dikeluarkan oleh loji akan kekal di sekeliling permukaannya. Telah ditunjukkan bahawa pengumpulan gas etilena di sekeliling daun tumbuhan mengakibatkan perkembangan daun yang tidak normal. Gas lain, seperti karbon dioksida, hadir dalam kepekatan tinggi dalam kapal angkasa, boleh membawa maut kepada sesetengah tumbuhan. Masalah yang sama timbul untuk penyiraman tumbuhan, jadi membangunkan kaedah yang tidak menenggelamkan akar akan diperlukan.
Tindak balas tumbuhan terhadap persekitaran angkasa adalah lebih sukar untuk dinilai. Beberapa aspek persekitaran itu, seperti ruang terhad, boleh mengarahkan pilihan kita ke arah varieti kerdil. Walau bagaimanapun, beberapa aspek lain seperti tindak balas tumbuhan terhadap mikrograviti berbeza-beza bergantung pada spesies dan varieti. Walaupun eksperimen perlu diteruskan, sebilangan tumbuhan tertentu telah diuji dan digambarkan sebagai boleh tumbuh di angkasa dan kita boleh menggunakannya sebagai asas.
Pembangunan ruang tumbuhan yang mampu bertahan sendiri yang meliputi semua keperluan berkhasiat angkasawan boleh mengambil masa beberapa dekad tetapi menggunakan ruang kecil sebagai langkah pelengkap boleh membantu kru yang mengalami kekurangan vitamin dan nutrien (yang diubah dalam makanan yang dibungkus) dan mengurangkan keletihan diet.
Mark Vande Hei, Shane Kimbrough, Thomas Pesquet, Akihiko Hoshide dan Megan McArthur dari Space X Crew-02 bergambar dengan penuaian lada merah dan hijau mereka di ISS pada 2021 untuk siasatan Plant-Habitat 04.
Sistem sokongan hayat bioregeneratif
Makan makanan kering beku pada setiap hidangan menimbulkan keletihan menu dan angkasawan cenderung makan lebih sedikit dari semasa ke semasa
Dalam kapal angkasa, bilik adalah terhad. Oleh itu, kejayaan misi bergantung kepada sistem penjanaan semula yang tertanam ke dalam Sistem Sokongan Hayat (LSS) yang boleh mengitar semula bahan terpakai menjadi bahan yang boleh digunakan. Kawalan Alam Sekitar dan Sistem Sokongan Kehidupan (ECLSS) yang dipasang di Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) menghasilkan oksigen dan air dengan mengitar semula karbon dioksida dan air kencing; sistem yang serupa akan diperlukan untuk penerbangan angkasa lepas yang panjang.
Idea LSS bioregeneratif (BLSS) dilahirkan pada tahun 1960-an untuk memasukkan pengeluaran makanan dan kitar semula bahan buangan (contohnya, bahan najis) kepada ECLSS. BLSS dengan bakteria dan alga boleh digunakan untuk mengitar semula nitrogen dalam sisa pepejal kembali kepada bentuk nitrogen organik yang boleh digunakan yang boleh diserap oleh tumbuhan. Satu eksperimen mengikut prinsip itu - Alternatif Sistem Sokongan Hidup Ekologi Mikro (MELiSSA) - telah dibangunkan dan dijalankan oleh Agensi Angkasa Eropah sejak 1990-an.
Walau bagaimanapun, semasa kami memasukkan loji yang lebih tinggi dalam BLSS, kami perlu mengkaji integrasi mereka dengan teknologi kawalan alam sekitar sedia ada yang lain, yang mewakili cabaran baharu. Menentukan kos dan kemampanan sistem pengeluaran tanaman makanan yang lebih kecil ini akan menyediakan maklumat kritikal untuk berkembang ke arah BLSS yang lebih besar.
Gambar rajah skema reka bentuk kedua unit pertumbuhan tumbuhan tiub berliang.
Membangunkan ruang pertumbuhan tumbuhan
Menggunakan sistem hidroponik untuk menanam tanaman adalah kemungkinan yang menarik, kerana ia menanam tumbuhan di dalam air dan bukannya bergantung pada sistem seperti tanah. Yang terakhir menambah berat pada kapal angkasa dan risiko zarah terapung, dua aspek yang menjadikannya merugikan. Habitat Tumbuhan Termaju (APH) yang dipasang di ISS telah pun menanam pelbagai jenis gandum kerdil menggunakan sistem hidroponik dengan sistem penyiraman tiub berliang yang tertanam dalam modul akar yang mengandungi arcillite dan baja pelepasan perlahan.
Untuk memudahkan aktiviti hortikultur krew dan memastikan tumbuhan berkembang dalam persekitaran yang optimum, kitaran budaya tanaman perlu dipantau sepenuhnya oleh komputer. Sistem pemantauan sedemikian telah diuji pada 2018 di Antartika. Menggunakan sistem sebahagiannya automatik untuk menanam tanaman akan memastikan anak kapal mendapat manfaat daripada kehadiran tumbuhan dalam kapal angkasa (dengan memanipulasinya) dan mengelakkan isu pertanian menjadi terlalu memakan masa. Sesungguhnya, bilik yang diperlukan untuk menanam tumbuhan belum ditakrifkan dengan tepat dan beberapa eksperimen dalam persekitaran seperti ruang (seperti HI-SEAS) telah menunjukkan bahawa aktiviti ini boleh menjadi panjang.
Tumbuh-tumbuhan yang tumbuh telah terbukti mempunyai kesan yang sangat bermanfaat, kerana ia boleh memberi angkasawan perasaan mengembara dengan sekeping Bumi
Akhir sekali, Sistem Pengeluaran Sayuran NASA, atau Veggie, (dilancarkan pada 2014), yang menyediakan kawasan berkembang seluas 0.11 m², merupakan contoh hebat unit pertumbuhan tumbuhan yang boleh digunakan di atas kapal angkasa, kerana ia telah diuji pada ISS. Dari segi keperluan cahaya, LED digunakan dengan dua panjang gelombang yang berbeza: merah (630 nm) dan biru (455 nm) kerana tumbuhan tumbuh dengan lebih cekap di bawah panjang gelombang ini. LED hijau mungkin juga diperlukan untuk memberikan tumbuhan itu warna semula jadi, dengan itu memudahkan pengecaman penyakit dan mengingatkan krew Bumi.
Mizuna (kubis Jepun), salad romaine merah dan Tokyo bekana (kubis Cina) ditanam dalam unit Veggie di ISS.
Keadaan ruang angkasa mewujudkan tekanan untuk manusia dan tumbuh-tumbuhan, jadi reka bentuk tumbuhan dapat berkembang dalam kapal angkasa dan membantu mengurangkan beberapa tekanan yang dialami angkasawan sedang dikaji.
Gen yang terlibat dalam tindak balas tekanan tumbuhan telah dikenal pasti tetapi untuk mengurangkan atau mengurangkan kesan tersebut saintis perlu mengubah suai ekspresi gen sedia ada atau menambah gen penyesuaian ruang ke dalam genom. Ini boleh dicapai menggunakan penyuntingan gen dan beberapa gen calon telah dikenal pasti dan dikaji secara khusus. Contohnya, ARG1 (Tindak Balas Terubah kepada Graviti 1), gen yang diketahui mempengaruhi tindak balas graviti dalam tumbuhan di Bumi, terlibat dalam ekspresi 127 gen yang berkaitan dengan penyesuaian penerbangan angkasa lepas. Kebanyakan gen yang diubah dalam ekspresi dalam penerbangan angkasa didapati bergantung kepada Arg1, mencadangkan peranan utama untuk gen tersebut dalam penyesuaian fisiologi sel yang tidak dibezakan kepada penerbangan angkasa. HsfA2 (Faktor Kejutan Haba A2) mempunyai kesan ketara ke atas penyesuaian penerbangan angkasa lepas, contohnya melalui biosintesis kanji. Objektifnya adalah untuk menjejaskan gen yang mendorong tekanan dan mempromosikan gen yang bermanfaat.
Gen lain, yang dipanggil gen penyesuaian ruang, seperti gen yang berkaitan dengan sinaran, perklorat, kerdil dan suhu sejuk, berpotensi bernilai dikaji kerana ia akan membantu tumbuhan menentang keadaan angkasa yang keras. Contohnya, mikroorganisma yang disesuaikan dengan persekitaran hipersalin mempunyai gen untuk rintangan UV dan rintangan perklorat. Banyak jenis kerdil (contohnya gandum) telah pun ditanam di ISS dan tomato ceri kerdil 'Red Robin' mungkin ditanam di ISS sebagai sebahagian daripada eksperimen Veg-05 NASA.
Kami juga boleh mereka bentuk tumbuhan untuk kesihatan angkasawan. Menggalakkan pengumpulan sebatian berfaedah, menjadikan tumbuhan boleh dimakan seluruh badan untuk mengurangkan sisa, atau mereka bentuk tumbuhan untuk menghasilkan ubat terhadap kesan sampingan angkasa lepas terhadap angkasawan adalah cara yang mungkin untuk menjadikan tumbuhan berguna untuk anak kapal.
Strategi Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP) telah digunakan pada tanaman kentang, menjadikan batang dan daun kentang boleh dimakan dengan mengeluarkan solanin daripadanya. Untuk menghalang pengeluarannya, sama ada gen yang menghasilkannya disenyapkan atau dimutasi oleh penyuntingan gen. Mencipta kentang WBEEP ini mempunyai kelebihan kerana ia merupakan tumbuhan yang mudah ditanam yang merupakan sumber tenaga yang baik dan terbukti mampu tumbuh dalam keadaan sukar seperti ruang. Tumbuhan juga diperkayakan untuk memenuhi keperluan nutrien tubuh manusia sepenuhnya.
Sinaran menjejaskan pertumbuhan tumbuhan secara negatif dan meningkatkan risiko mutasi genetik, jadi melindungi tumbuhan daripada sinaran harus menjadi keutamaan
Salah satu isu utama kesihatan angkasawan dalam mikrograviti ialah kehilangan ketumpatan tulang. Tulang kita sentiasa seimbang antara pertumbuhan dan penyerapan, membolehkan tulang bertindak balas terhadap kecederaan atau perubahan dalam senaman. Menghabiskan masa dalam mikrograviti mengganggu keseimbangan ini, mendorong tulang ke arah penyerapan, jadi angkasawan kehilangan jisim tulang. Ini boleh dirawat dengan ubat yang dipanggil hormon paratiroid, atau PTH, tetapi ia memerlukan suntikan tetap dan mempunyai jangka hayat yang sangat singkat, yang bermasalah untuk penerbangan angkasa lepas yang panjang. Oleh itu, salad transgenik yang menghasilkan PTH telah direka bentuk.
Mereka bentuk tumbuhan yang boleh tumbuh di angkasa lepas dan boleh digunakan untuk angkasawan masih dalam peringkat awal penyelidikannya. Walau bagaimanapun, prospeknya sangat menjanjikan dan sedang dikaji oleh semua agensi angkasa lepas. Membina ruang pertumbuhan tumbuhan dalam persekitaran ruang yang tidak menyenangkan masih memerlukan kerja. Salah satu cabaran adalah untuk menambah bahagian bioregeneratif BLSS kepada LSS yang sedia ada. Cabaran lain ialah keperluan untuk pilihan tanaman yang lebih baik untuk ditanam di atas kapal untuk menahan keadaan ruang dan menawarkan hasil yang ketara. Tetapi terima kasih kepada penyebaran pengetahuan dalam pembiakan tumbuhan, penyuntingan gen dalam tanaman yang dipilih akan membolehkan mereka disesuaikan lagi dengan keadaan ruang dan sepadan dengan keperluan pemakanan dan kesihatan anak kapal.
Suatu punca: https://room.eu.com