Agricultura espacial

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

Experimento de crecimiento de plantas Lada

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, el cultivo 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 , medio 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 pesado y asombrosamente caro . Un astronauta de la Estación Espacial Internacional necesita aproximadamente "1,8 kilogramos de alimentos y envases por día". ^[1] Para una misión a largo plazo, como una tripulación de cuatro hombres, una misión marciana de tres años, este número puede crecer hasta 24.000 libras (o unos 10.886 kg). ^[1]

Debido al costo de reabastecimiento y la impracticabilidad de reabastecer misiones interplanetarias, la perspectiva de aumentar los alimentos a bordo 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] Solo 10 m² de cultivos producen el 25% de las necesidades diarias de 1 persona, o alrededor de 180-210 gramos de oxígeno. ^[3] Esencialmente, 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, en su mayor parte, conservan las propiedades del pretratamiento de alimentos. Sin embargo, puede producirse una degradación de las vitaminas durante el almacenamiento. Un estudio de 2009 observó disminuciones significativas en las vitaminas A , C y K , así como en el ácido fólico y la tiamina que pueden ocurrir en tan solo un año de almacenamiento. ^[1] Una misión a Marte podría requerir el almacenamiento de alimentos durante 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 es probable que sea una de las tareas más intensivas y vitales de los primeros colonos. Entre otros, la NASA está investigando cómo lograr la agricultura espacial. ^{[6] [7]}

Desafíos técnicos

Experimento avanzado de crecimiento de plantas de soja Astroculture

Una variedad de desafíos técnicos enfrentarán los colonos que intentan hacer agricultura fuera de la Tierra. 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 vendría con su propio conjunto de desafíos técnicos. ^{[8] [9]}

Las plantas que crecen en vuelo experimentan un entorno 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 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 vuelo espacial 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 diversos 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 la planta, lo que ocurre cuando los radicales hidroxilo altamente reactivos se dirigen al 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 las tasas de fotosíntesis neta y evapotranspiración. Sin embargo, un estudio de 2006 sugiere que mantener concentraciones elevadas de CO ₂ puede mitigar los efectos de las condiciones hipobáricas tan bajas como 10 kPa para lograr un crecimiento normal de la planta. ^[13]

El suelo marciano contiene la mayoría de los minerales necesarios para el crecimiento de las plantas, excepto el nitrógeno reactivo, que es un 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 pudieron germinar y sobrevivir un período de 50 días en un suelo marciano y lunar mediante el uso de suelos simuladores. Dicho esto, solo una de las cuatro especies experimentadas lo hizo lo suficientemente bien como para lograr la formación completa de la flor, y se necesita más trabajo para lograr un crecimiento completo. ^[14]

Experimentos

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