NASA's "Tuinman" voor PAP: We hebben het opgeven om Chinese kool de ruimte in te sturen

Langere ruimtemissies vereisen onder andere een gevarieerd astronautendieet. Wetenschappers testen daarom de mogelijkheid om tarwe, gerst en erwten in een baan om de aarde te verbouwen. Een miniatuurkomkommer doet het goed, maar Chinese kool mislukt - vertelde NASA's "ruimtetuinier", Dr. Gioia Massa, aan PAP.

De ontwikkeling van ruimtelandbouwsystemen is een van de belangrijkste vraagstukken voor langetermijnmissies, zegt dr. Gioia Massa, expert in plantenbiologie en senior projectwetenschapper bij NASA. Haar team bij het Kennedy Space Center (KSC) in Florida (VS) werkt onder andere aan oplossingen om astronauten van voedsel te voorzien.

De wetenschapper nodigde PAP uit in haar laboratorium bij de Space Systems Processing Facility (SSPF) bij KSC.

"De grootste uitdaging in microzwaartekrachtomstandigheden is om planten van water en voedingsstoffen te voorzien. Water gedraagt ​​zich heel vreemd in een toestand van gewichtloosheid. Dit leidt onder andere tot problemen met de toevoer van de juiste hoeveelheid water naar de wortelzone", merkt de expert op.

Wetenschappers werken ook aan methoden voor bodemventilatie en temperatuurregeling.

Het team van Dr. Massa onderzoekt hoe deze factoren de plantenontwikkeling beïnvloeden in een zogenaamde picturale voorraadkast – een luchtdichte ruimte waarin potplanten op metalen planken staan. Waldorfsla groeit momenteel in een van de ruimtes en sommige exemplaren ervan verwelken duidelijk. Dit komt doordat sommige planten te weinig water krijgen, andere te veel, en slechts enkele planten de benodigde hoeveelheid water krijgen, aldus de NASA-expert. Hetzelfde geldt voor de voedingsstoffen, de temperatuur en het koolstofdioxidegehalte in de bodem.

"We veroorzaken verschillende soorten stress bij planten. De camera monitort de planten in verschillende lichtbereiken en we maken ook gebruik van warmtebeeldtechnologie. We kunnen veranderingen detecteren lang voordat het menselijk oog ze ziet. Dit stelt ons in staat om de omstandigheden snel te veranderen voordat de plant afsterft", legt Dr. Massa uit.

De oplossingen die ze in haar laboratorium ontwikkelt, kunnen in de toekomst worden gebruikt om robots te creëren die toezicht houden op ruimtegewassen, met weinig betrokkenheid van astronauten of autonoom.

Wetenschappers van het KSC-lab bestuderen ook de effecten van kosmische straling op planten. Op aarde bieden magnetische velden bescherming tegen kosmische straling, maar op ruimtevaartuigen, het internationale ruimtestation ISS, de maan of Mars ontbreekt zo'n natuurlijk schild. "Dit kan een probleem vormen bij het transport en de langdurige opslag van zaden. Gelukkig zijn zaden resistenter dan groeiende planten", geeft dr. Massa toe.

Zoals ze zei, zijn er momenteel twee plantenkweeksystemen in gebruik op het ISS: "Veggie is een eenvoudig en energiezuinig systeem, maar het vereist veel werk. De Advanced Plant Habitat (geavanceerde plantenhabitat – opmerking van PAP) verbruikt daarentegen veel meer energie, maar veel activiteiten met betrekking tot de teelt en controle worden op afstand uitgevoerd door het grondteam, waardoor de astronauten minder werk hebben."

Het team onder leiding van Gioia Massa ontwerpt de Ohalo III-installatie, die de voordelen van beide systemen moet combineren. "Ohalo III wordt een proeftuin voor plantenteelt. Het systeem zal intern water recyclen en lucht uit de omgeving van het ruimtestation aanzuigen. Het zal in 2026 naar het ISS worden gebracht", aldus de bioloog.

Veel van de soorten en variëteiten die Dr. Massa bestudeerde, werden onder andere getest in analoge habitats op verschillende plekken op aarde. Een analoge habitat is een afgesloten omgeving (bijvoorbeeld onder een koepel) die de omstandigheden op het ISS, de maan of Mars nabootst.

Dr. Massa beschouwt de miniatuurkomkommersoort picowell als een van de meest veelbelovende soorten – die intensief groeide in de habitat van het Duitse poolstation Neumayer III op Antarctica en nu ook wordt gekweekt in het Kennedy Center. Omdat komkommers klimplanten zijn, hebben wetenschappers er steunen voor ontworpen, die astronauten in de ruimte met 3D-printers kunnen printen.

"We bereiden ons nu voor op een tweede komkommerteelttest in een gesimuleerde Marsomgeving in het Lyndon B. Johnson Space Center van NASA in Texas. Dit wordt een Crew Health and Performance Exploration Analog (CHAPEA)-missie", aldus Dr. Gioia Massa.

CHAPEA is een reeks NASA-missies die een verblijf van een jaar op Mars moeten simuleren.

Een deel van de beeldbanken in het lab van Dr. Massa is leeg. Binnenkort worden ze gevuld met kruiden, diverse soorten sla, mosterd, bieten, postelein en radijs. Veel ervan zijn al op het ISS gegroeid, sommige zullen er binnenkort voor het eerst worden gekweekt.

"Veel andere gewassen zijn in de loop der jaren op het ISS getest, waaronder tarwe, gerst en erwten. Er waren ook veel modelsoorten – die gebruikt worden in genetisch onderzoek – zoals Arabidopsis Heynh uit de familie Brassicaceae, de laboratoriumrat onder de planten, of het gras Brachypodium. Niet alle planten pasten zich aan. Chinese kool had het het slechtst; we hebben besloten die niet de ruimte in te sturen," gaf dr. Gioia Massa toe.

Het Kennedy Space Center werkt ook aan methoden om planten te planten op het ISS. Zoals de onderzoeker zei, hebben individuele zaden daar de neiging om te "ontsnappen" aan handen of lekkende containers en te zweven in microzwaartekracht. Daarom staan ​​er naaimachines in het lab. Dr. Massa legt uit: "We naaien kussens met groenteplanten. We naaien het substraat, de meststof en de zaden in de stof - het is een kant-en-klaar pakket om te beginnen met groeien op het ISS."

Tot voor kort werden zaden ook aan touwtjes gelijmd die vervolgens in het substraat werden geplaatst. Wetenschappers hebben deze methode echter verbeterd. De expert demonstreerde dunne reepjes transparant, flexibel plastic met kleinere en grotere stippen op regelmatige afstanden. "Het is een polymeerfilm waarin we de zaden hebben geplaatst. Je kunt het in bakjes met het substraat leggen, en het polymeer zal volledig oplossen, waardoor de zaden vrijkomen," legt ze uit.

Hij vermeldt ook dat een van de astronauten van Expeditie 46 – Scott Kelly – er in 2016 in slaagde om de eerste bloemen, zinnia's, te kweken in het ISS (hoewel niet zonder moeite). "Toen de planten begonnen te verwelken, creëerde het Veggie-team op aarde de 'Zinnia Verzorgingsgids voor de Orbitale Tuinier'. Dankzij hem redde Kelly ze en maakte er zelfs een boeket van", beschrijft Dr. Gioia Massa.

Tegenwoordig wordt in de ruimte in plaats van aarde een speciaal substraat gebruikt dat wateroplosbare meststof afgeeft. NASA is echter van plan om substraten te vervangen door herbruikbare substraten of door hydrocultuur zonder substraat.

Onderzoekers proberen ook nieuwe planten te creëren die specifiek geschikt zijn voor de ruimteteelt. "Wetenschappers, gefinancierd door NASA, hebben verschillende resistentere soorten ontwikkeld die beter zullen groeien op ruimteschepen. Anderen hebben genetisch gemodificeerde planten gecreëerd die farmaceutische stoffen kunnen produceren die nuttig zijn voor astronauten", herinnert de geïnterviewde van PAP zich.

Volgens Dr. Massa is het aanbieden van een veganistisch dieet, of een uitsluitend plantaardig dieet, ook iets van de toekomst. "Daarvoor zijn grote oogsten nodig, wat betekent dat er een groot areaal voor landbouw moet worden gereserveerd", merkt hij op. Een ander onderzoekscentrum van NASA, het Ames Research Center in Californië, werkt onder andere aan de productie van synthetische dierlijke eiwitten voor de ruimtevaart.

Planten kunnen vele rollen spelen in de ruimte. "We onderzoeken momenteel de gunstige effecten van planten op het welzijn van astronauten. Bovendien vangen planten koolstofdioxide op tijdens fotosynthese en produceren ze zuurstof die nodig is voor de ademhaling, en in de ruimte is zuurstof goud waard. Ze kunnen ook helpen bij het zuiveren van water: ze nemen vervuild water op en geven schoon water af in de vorm van waterdamp. Ik weet zeker dat we nog veel meer toepassingen voor planten zullen ontdekken," besloot ze.

Vanuit Cape Canaveral Anna Bugajska (PAP)

Wetenschap in Polen

abu/ bar/ zan/ amac/