När man planerar för långvariga besättningsuppdrag är en av de viktigaste sakerna att se till att besättningarna har tillräckligt med det nödvändigaste för att hålla. Detta är ingen lätt uppgift, eftersom en rymdfarkost med besättning kommer att vara besättningens hela värld i månader i sträck. Det betyder att en tillräcklig mängd mat, vatten och syre måste tas med.
Enligt en ny utredning som görs ombord på Internationell rymdstation , en möjlig lösning skulle kunna ligga med ett hybrid livsuppehållande system (LSS). I ett sådant system, som skulle kunna användas ombord på rymdfarkoster och rymdstationer inom en snar framtid, skulle mikroalger användas för att rena luften och vattnet, och eventuellt till och med tillverka mat till besättningen.
Forskare vid universitetet i Stuttgarts Institutet för rymdsystem började undersöka möjliga rymdtillämpningar för mikroalger redan 2008. År 2014, i samband med German Aerospace Center (DLR) och det privata flygföretaget Airbus började de utveckla en Photobioreactor (PBR) som använde mikroalgernaChlorella vulgarissom dess biologiska komponent.
Chlorella vulgaris-celler under mikroskopet. Dessa mikroalger har en mängd olika användningsområden på jorden och kan vara en del av livsuppehållande system på framtida rymdresor. Kredit: Institute of Space Systems (University of Stuttgart)
Dessa mikroalger har en fotosyntetisk effektivitet som är upp till tio gånger högre än den hos mer komplexa växter. När de används i rymden som en del av en LSS, kan dessa små alger avlägsna koncentrerad koldioxid från kabinatmosfären och producera syre genom fotosyntes och kanske till och med tillverka mat åt astronauterna. Som Gisela Detrell (en av medutredarna) förklarade i en NASA pressmeddelande :
'Användningen av biologiska system i allmänhet blir viktigare för uppdrag när varaktigheten och avståndet från jorden ökar. För att ytterligare minska beroendet av återförsörjning från jorden bör så många resurser som möjligt återvinnas ombord,
Även om algernas motståndskraft mot rymdförhållanden har visats i stor utsträckning med småskaliga cellkulturer som odlats på jorden, kommer denna undersökning att vara det första riktiga testet i rymden. För att göra detta kommer astronauter ombord på ISS att slå på systemhårdvaran och låta mikroalgerna växa i 180 dagar.
Detta kommer att ge utredarna ombord på ISS tillräckligt med tid för att utvärdera hur fotobioreaktorn fungerar i rymden, särskilt hur väl algerna kommer att växa och bearbeta koldioxid. Under tiden kommer forskare att analysera prover som odlats på jorden för jämförelse så att de kan mäta effekterna av mikrogravitation och rymdstrålning på mikroalgerna.
Photobioreactor och vetenskapsteamet bakom, från Institutet för rymdforskning. Kredit: Institute of Space Systems (University of Stuttgart)
Teamet från University of Stuttgart är säkra på sin Photobioreactor, mycket tack vare det faktum att den förlitar sig på en av de mest studerade och karakteriserade algerterna i världen. Utöver dess tillämpningar för rening av avloppsvatten och biobränslen,Chlorellaanvänds också i djurfoder, vattenbruk, näringstillskott och som biogödsel.
Det är därför vetenskapsteamet och NASA ser det som en potentiell matkälla för astronauter. Som Harald Helisch, bioteknolog vid Institute of Space Systems och medutredare i projektet, sa :
'Chlorellabiomassa är ett vanligt kosttillskott och kan bidra till en balanserad kost tack vare dess höga innehåll av protein, omättade fettsyror och olika vitaminer, inklusive B12... om du gillar sushi kommer du att älska det.”
I detta avseende skulle en fotobioreaktor kunna fungera som tillverkare av näringstillskott. Ungefär på samma sätt som människor tillsätter torkad kelp till sin mat för den extra näringen, torkade flingor avChlorellakan läggas till astronauternas måltider för att stärka dem. Samtidigt kommer algodlingskulturerna att filtrera fartygets vatten och luft för att hjälpa till att upprätthålla besättningen.
Bild av fotobioreaktorkammaren, där den biologiska komponenten av LSS kommer att odlas. Kredit: Institute of Space Systems (University of Stuttgart)
Framför allt är det långsiktiga målet med denna forskning att underlätta långvariga rymduppdrag. Oavsett om det är besättningsuppdrag till månens yta, besättningsuppdrag till Mars eller till andra avlägsna platser i solsystemet, handlar de största utmaningarna om att hitta sätt att minska den totala massan av rymdsystem (för att minska kostnaderna) och beroende av återförsörjning uppdrag. Johannes Martin, en av medutredarna, uttrycka det så här :
'För att uppnå detta inkluderar framtida fokusområden nedströms bearbetning av algerna till ätbar mat och uppskalning av systemet för att förse en astronaut med syre. Vi kommer också att arbeta med sammankopplingar med andra delsystem av LSS, såsom avloppsvattenreningssystemet, och överföring och anpassning av tekniken till ett gravitationsbaserat system som en månbas.'
Om man ser på framtiden är det tydligt att lösningar för att leva utanför världen sannolikt kommer att involvera både mekaniska och biologiska system. Genom att slå samman det ekologiska och syntetiska har vi större chans att skapa system som kan säkerställa hållbarhet och självförsörjning på lång sikt.
Vidare läsning: NASA