Veronica Ann Zabala-Aliberto trabalha em um experimento agrícola de sistema fechado e terrestre que poderia ser útil para viagens e assentamentos extraterrestres. O experimento está localizado na Estação de Pesquisa do Deserto de Marte, em Utah. Veja mais fotos de astronautas. George Frey/Getty Images
Principais conclusões
A agricultura espacial estuda os efeitos da microgravidade no crescimento das plantas, concentrando-se em como as plantas orientam raízes e caules com gravidade reduzida, o que é crucial para uma potencial agricultura na Lua ou em Marte.
No espaço, o uso eficiente de energia é vital, por isso os pesquisadores usam diodos emissores de luz (LEDs) para imitar a luz solar natural para o crescimento das plantas, considerando fatores como consumo de energia, produção de calor e durabilidade.
Os pesquisadores testam diferentes materiais de enraizamento para obter uma distribuição ideal de água e ar em baixa gravidade, enquanto os equipamentos agrícolas espaciais devem ser compactos e integrados aos sistemas de suporte à vida para trocar dióxido de carbono e oxigênio de forma eficiente.
Você já se perguntou onde construiremos casas e expandiremos bairros à medida que usarmos cada vez mais terras habitáveis da Terra? Talvez o espaço seja o próximo subúrbio? Mas antes de começarmos a enviar crianças numa viagem de autocarro escolar intergaláctico, temos de descobrir novas formas de realizar tarefas quotidianas no espaço, como cultivar alimentos. As organizações internacionais estão a dedicar tempo e recursos ao desenvolvimento da vida humana sustentável fora da Terra. Alguns dos objetivos dos programas espaciais incluem o próximo retorno e eventual assentamento da lua , juntamente com as viagens tripuladas pendentes para Marte .
A Estação Espacial Internacional (ISS ) fornece uma plataforma cooperativa para pesquisar os desafios críticos de colocar humanos no espaço por um período prolongado de tempo. E os investigadores devem superar estes desafios antes que possam ocorrer voos longos e habitats permanentes no espaço.
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Agricultura espacial requer maior compreensão para que os humanos sobrevivam no espaço sem contato constante com a Terra. A agricultura espacial refere-se simplesmente ao cultivo de plantas no espaço. À primeira vista isto pode não parecer muito complicado, mas as propriedades inerentes do espaço e a nossa capacidade de viajar e viver no seu ambiente complicam enormemente a situação.
Felizmente, a ISS tem uma equipe completa de astronautas (não é necessário ter o polegar verde) de todo o mundo, especializados em uma variedade de campos científicos e de engenharia. Os astronautas conduzem experimentos e melhoram nosso conhecimento sobre o cultivo de plantas no espaço, bem como em muitas outras áreas críticas da ciência. Pesquisadores e cientistas da Terra analisam os resultados e conduzem seus próprios experimentos, pensando em novas teorias e possíveis soluções para testar.
Antes de analisarmos o progresso que os especialistas fizeram na agricultura espacial, vamos nos aprofundar um pouco mais nos obstáculos que eles enfrentam. História da ISS Os EUA lançaram mão da ideia de uma estação espacial desde a administração Reagan. Em 1993, os EUA e a Rússia decidiram fundir os seus planos de estação espacial e convidar outros países a envolverem-se no projecto. Os primeiros componentes em órbita da ISS foram unidos no espaço em 1998, e a estação tem crescido peça por peça desde então. Os astronautas residentes chegaram em 2000. Dois anos depois, os astronautas instalaram o Lada , a estufa montada na parede da estação que é usada em experimentos e como fonte de alimentos frescos. Uma segunda instalação a bordo da ISS, chamada Sistema Europeu de Cultivo Modular , é usado para estudar plantas e realizar outros experimentos.
Conteúdo
Os desafios da agricultura espacial
Pesquisa em agricultura espacial
O impacto da agricultura espacial
Os desafios da agricultura espacial
As plantas devem ser cultivadas em câmaras especiais de crescimento a bordo da ISS. Os astronautas realizam experimentos nas plantas e nas câmaras de crescimento, tentando aprender e melhorar o processo de cultivo espacial. Foto cortesia da NASA Para compreender os desafios da agricultura espacial, vamos considerar alguns dos elementos que afetam o crescimento das plantas no espaço.
Menos gravidade
Experimentos atuais de agricultura espacial examinam diferentes aspectos da agricultura em microgravidade (um termo para descrever um ambiente com pouca ou nenhuma gravidade). Estas experiências podem ser úteis no caso relacionado da agricultura na superfície da Lua ou de Marte, que têm níveis de gravidade significativamente mais baixos do que os da Terra. As plantas seguem as dicas da gravidade para aspectos de seu crescimento, como a orientação da raiz e do caule. Os cientistas analisam se as plantas podem crescer adequadamente com níveis de gravidade mais baixos e quais são esses níveis.
Iluminação Artificial
A maioria das plantas na Terra tem acesso a muita luz solar natural e cresce em direção a essa luz, mas os investigadores devem enganar as plantas que crescem no espaço para seguirem este mesmo comportamento. A escolha da iluminação nas câmaras de crescimento é uma consideração importante por diversas razões. É importante utilizar a energia de forma eficiente no espaço, porque os recursos são limitados. A energia não pode ser desperdiçada em lâmpadas que não maximizam a sua produção. Além disso, diferentes tipos de iluminação criam diferentes níveis de calor, e o calor extra é algo que as naves espaciais devem eliminar (os investigadores preferem lâmpadas que produzam pouco calor). Além disso, os astronautas não têm espaço extra para transportar lâmpadas sobressalentes pelo espaço, por isso precisam de uma fonte de iluminação com poder de permanência, como diodos emissores de luz (LEDs).
Vários materiais de enraizamento
Pouca ou nenhuma gravidade pode afetar o funcionamento dos materiais de enraizamento. Diferentes materiais de enraizamento e solos são melhores que outros no que diz respeito à distribuição de água e ar – ambos essenciais para o crescimento bem-sucedido das plantas. No espaço, os solos granulados podem causar a dispersão da água e os solos finos podem impedir o fluxo de ar [fonte:Franzen]. Os pesquisadores estão experimentando muitas possibilidades, incluindo partículas de argila, hidroponia e um material como a turfa.
Contaminantes
As plantas crescem usando o ar, a umidade e a microgravidade da espaçonave – condições que são diferentes daquelas da Terra. Os pesquisadores estão estudando se quaisquer contaminantes e organismos perigosos do espaço afetarão essas plantas cultivadas no espaço, tornando-as inconsumíveis para os humanos. Mudanças nos seus códigos genéticos podem ser prejudiciais de outras maneiras. Existe a possibilidade de que, se os astronautas trouxessem as plantas de volta e as misturassem com as cultivadas na Terra, poderíamos acabar com a versão espacial do kudzu. Kudzu (Pueraria montana) é uma espécie invasora de planta, trazida do Japão para os EUA no final do século XIX.
Espaço disponível limitado
Os espaços confinados das naves espaciais são muito diferentes das enormes e onduladas terras agrícolas da Terra. Os pesquisadores devem desenvolver um aparelho eficiente e simplificado que possa conter as colheitas à medida que crescem em espaço limitado. As máquinas de cultivo devem ser automáticas (ou pelo menos ter essa capacidade) e ser capazes de regular a rega, a humidade, a iluminação, a circulação de ar e a distribuição de nutrientes. Estas máquinas de cultivo também precisam de se integrar com o sistema de suporte de vida para trocarem com sucesso dióxido de carbono e oxigénio.
Então, quando os astronautas poderão visitar o primeiro bufê de saladas do espaço? Pode demorar um pouco enquanto os pesquisadores trabalham para compreender e superar os obstáculos que a agricultura espacial apresenta. Leia a próxima página para saber mais sobre suas pesquisas e por que os insetos podem se tornar o alimento espacial do futuro.
Pesquisa sobre agricultura espacial
A Estação Espacial Internacional flutuando acima de Miami. StockTrek/Visão Digital/Getty Images A pesquisa em agricultura espacial geralmente se concentra em plantas que apresentam alto rendimento de partes comestíveis e podem florescer em espaços pequenos. Os pesquisadores começaram a cultivar uma variedade de plantas no espaço, incluindo agrião, lentilha, trigo, saladas de folhas, mostarda e soja.
E com estas plantas, os investigadores estão a determinar como funcionarão as operações de agricultura espacial do futuro. As plantas ainda precisam de todos os bens básicos que recebem na Terra – água, dióxido de carbono e nutrientes. Embora as plantas possam viver com pouca gravidade, é melhor que tenham pelo menos uma pequena quantidade para evitar problemas de crescimento. Gravidade artificial , produzido por uma centrífuga mecânica, ajuda a resolver este problema. Experimentos que controlam a quantidade e a duração da gravidade artificial ajudam os pesquisadores a determinar o quanto a gravidade afeta a direção do crescimento das raízes. Felizmente, a Lua e Marte têm algum nível de gravidade, o que ajudará a sustentar a vida vegetal nestes corpos celestes.
Os resultados da pesquisa até agora foram mistos. Em alguns casos, as plantas e sementes cultivadas e devolvidas da ISS reflectiam o grupo de controlo terrestre. Em outros experimentos, eles eram semelhantes, mas um pouco mais altos ou maiores. Em ainda mais testes, os investigadores notaram diferenças significativas entre as plantas cultivadas em microgravidade e aquelas sob gravidade regular.
Por exemplo, os resultados do estudo do Sistema de Produção de Biomassa (BPS) da NASA descobriram que, embora os dois conjuntos de plantas crescessem de forma semelhante, as sementes imaturas cultivadas na ISS estavam a desenvolver-se a taxas variáveis. As taxas de desenvolvimento de sementes do grupo controle foram todas iguais. Elementos como proteínas de sementes e carboidratos solúveis nas mudas da ISS existiam em níveis diferentes daqueles do grupo de controle de solo. Os pesquisadores notaram que isso pode mudar o sabor dos alimentos cultivados no espaço.
É importante notar, no entanto, que os resultados mistos podem ser explicados devido à diversidade de fatores de controle (como temperatura, luz e umidade) nos diferentes experimentos, aos diferentes aparatos de cultivo e ao fato de que as plantas podem ser simplesmente difíceis de cultivar. crescer.
Agora que examinamos os testes de pesquisa em agricultura espacial, vamos examinar mais de perto por que essa pesquisa é tão fundamental para a futura exploração espacial. Um salto gigante para gafanhotos Quer tenham ou não asas, alguns insetos podem ter a oportunidade de voar se forem selecionados para ir ao espaço e se tornarem parte da pesquisa de agricultura espacial. Embora muitas partes das plantas não sejam comestíveis para os humanos, elas são uma refeição deliciosa para os insetos. Os insetos podem converter grande parte desse material não comestível em algo mais útil, como fertilizante.
Esses insetos também fornecem uma excelente fonte de nutrientes para pessoas ou animais no espaço. Um gafanhoto pode ser uma mudança bem-vinda, se não crocante, para os astronautas que sobrevivem com refeições desidratadas. E alguns insetos podem trazer benefícios adicionais para os viajantes espaciais de longo prazo. Por exemplo, a seda produzida pelos bichos-da-seda pode ser tecida em cordas e roupas.
O impacto da agricultura espacial
Astronautas C. Michael Foale (à esquerda) e Alexander Kaleri, parte da tripulação da Expedição 8 a bordo a ISS, posa ao lado da estufa Lada. Foto cortesia da NASA Embora grande parte da pesquisa conduzida pela NASA e outras agências espaciais seja importante para os programas espaciais, o impacto da agricultura espacial tem muitas aplicações na vida real para a Terra.
O principal benefício e propósito de aprender a cultivar no espaço é permitir a exploração espacial a longo prazo – é fundamental que os astronautas tenham uma fonte de alimento regenerativa. Imagine sair de férias por um ano e ter que embalar todas as refeições que você planejava comer – seu carro ficaria completamente cheio de mantimentos.
As plantas também podem ajudar o sistema de suporte à vida de outras maneiras. Eles podem ser usados para purificar a água e reciclar o dióxido de carbono em oxigênio. Se cultivadas em uma escala grande o suficiente, as plantas poderiam impactar enormemente a forma como as espaçonaves e as colônias são projetadas.
De volta aqui na Terra, o impacto da agricultura espacial irá expandir o nosso conhecimento sobre agricultura. Os investigadores esperam transferir o que aprenderam sobre o cultivo de alimentos no clima inóspito do espaço para climas igualmente desafiadores e hostis na Terra. Eles estão coletando informações detalhadas sobre como as plantas crescem e esperam que essas informações ajudem à medida que a terra se torna mais escassa e menos fértil. As metas incluem culturas de maior qualidade, maiores rendimentos agrícolas e sistemas agrícolas e estufas mais bem controlados. .
A agricultura espacial levou a algumas outras aplicações surpreendentes e úteis aqui na Terra. Um deles é um dispositivo especial chamado Bio-KES que converte etileno em dióxido de carbono e água usando luz ultravioleta . O etileno faz com que as plantas amadureçam e eventualmente estraguem. Um dispositivo como o Bio-KES, usado em unidades de armazenamento de alimentos e vitrines, poderia ajudar a aumentar a vida útil de produtos, flores e outros itens perecíveis. A luz ultravioleta tem outras aplicações além de ajudar a reduzir a quantidade de alimentos estragados que devemos descartar. Também pode ser usado para matar patógenos como o antraz, ajudar feridas a cicatrizar mais rapidamente e melhorar a eficácia de alguns tratamentos contra o câncer.
Outra área que pode ter consequências inesperadas envolve o estudo das paredes celulares das plantas. Através da agricultura espacial, os cientistas podem descobrir como controlar e regular a robustez de uma planta. Algumas plantas podem se beneficiar desta pesquisa no que diz respeito a uma melhor durabilidade climática. Além disso, as árvores com paredes celulares menos resistentes cresceriam mais rapidamente e seriam mais fáceis e baratas de transformar em papel. Estas árvores geneticamente modificadas poderiam ajudar a abrandar a desflorestação, tornando-se recursos fiáveis e de rápido crescimento para a produção de papel.
Por último, as plantas parecem melhorar a psique. Assim como fazer jardinagem e passear pelo parque podem deixar você de bom humor aqui na Terra, o mesmo vale para nossos colegas espaciais a bordo da ISS. As plantas e um ambiente exuberante podem estimular os sentidos e produzir um efeito calmante. Por exemplo, os astronautas usaram plantas como dispositivos terapêuticos depois que seus colegas morreram no desastre de Columbia [fonte:Quinn]. Os pesquisadores planejam estudar o efeito psicológico das plantas acompanhando o tempo que cada astronauta passa cuidando do jardim e cultivando plantas.
A agricultura espacial afectará as nossas futuras hipóteses de sobrevivência no terreno acidentado de Marte e a nossa capacidade de alimentar a crescente população da Terra. Para obter mais informações sobre agricultura espacial, visite os links da próxima página.
Perguntas frequentes
Como os astronautas polinizam as plantas em fazendas espaciais?
Na ausência de abelhas e outros polinizadores no espaço, os astronautas polinizam manualmente as plantas usando pequenas escovas ou sacudindo as plantas para distribuir o pólen. Isso garante que as plantas com flores possam produzir frutos e sementes.
As plantas cultivadas no espaço podem ter um sabor diferente das cultivadas na Terra?
Sim, as plantas cultivadas no espaço podem ter sabores diferentes devido a variações nas condições de cultivo, como microgravidade e iluminação artificial, o que pode afetar o seu desenvolvimento e potencialmente alterar os perfis de sabor. Os testes de sabor estão em andamento.
Muito mais informações
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Mais links excelentes
A Estação Espacial Internacional
Programa de Exploração de Marte da NASA
A Sociedade de Marte
Fontes
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