Ако сте астронавт, изпратен на мисия до Марс, липсата на кислород не е единственото предизвикателство, пред което сте изправени. Има още един проблем, който може силно да повлияе на ефективността ви: липсата на зеленчуци. Оказва се, че астронавтската хранителна система трябва да бъде допълнена със свежи култури по време на дългосрочни проучвателни мисии. НАСА установи, че витамините и антиоксидантите се разграждат с течение на времето, като е решила да финансира изследвания за най-добрия начин за отглеждане на пресни зеленчуци в космоса като допълнение към храненето на астронавтите.

Колко добре се отглеждат растенията в космоса?

Изследователи, включително д-р Оскар Мондже, учен от космическия център Кенеди на НАСА във Флорида, изучават най-добрите материали и методи за отглеждане на зеленчуци в космоса. Мондже казва: „Отглеждането на растения в космическа станция е предизвикателство, тъй като и пространството, и мощността са ограничени. Всички растителни камери, построени през последните 40 години, се фокусираха върху възможностите за изучаване на космическата биология и най-вече как да отглеждат растения в космоса. Те искаха да знаят ефектите от растежа при нулева гравитация. Могат ли растенията да растат нормално? Стресирани ли са? Могат ли да произвеждат семена? Но сега искаме да се съсредоточим върху производството на космически култури. Искаме да допълним диетата на астронавтите с основни минерали и витамини по време на продължителни мисии. "

Kennedy Space Center

Експерименти в BPS (система за производство на биомаса)

Мондже е бил студент на д-р Брус Бъги в Държавния университет в Юта, който изучава растенията в космоса за биорегенеративни системи за поддържане на живота. След като завършва и прави докторантура в лабораторията за космическа динамика, той започва работа в Кенеди през 1998 г., като изследва как да отглежда пшеница в космоса в експеримента PESTO (Photosynthesis Experiment and System Testing Operations). Д-р Гари Щут, главният изследовател и д-р Мондже отглеждат пшеница в системата за производство на биомаса (BPS), четирикамерна система, която консумира 280 W мощност. BPS се използва за измерване на фотосинтеза, демонстриране на реколтата от растения, грундиране на предварително засадени коренови модули, опрашване на растения, както и събиране на проби от газ и течност.

Мондже казва, „Тогава всички експерименти бяха със совалка (7-11 дни наведнъж). Експериментът PESTO летя 73 дни в космоса и по същество представляваше няколко мисии на совалките. Измерихме влажността на кореновата зона със сензор за налягане, наблюдавайки матричния потенциал на кореновия модул. Научихме, че стига да осигурите на растенията адекватна аерация на кореновата зона, добра влага в почвата и правилната светлина и CO2, те растат нормално, без видим стрес на растенията - точно както на Земята. Системата BPS е предшественик на съоръжението за модерни растителни местообитания (APH) в завода на Международната космическа станция, контролирана от околната среда, камера за растеж, предназначена за провеждане, както на фундаментални, така и на приложни изследвания на растения за експерименти, продължили 135 дни.

APH е използван за отглеждане на пшеница, аробидопсис и репички  

Въведени са нови камери за растеж

BPS беше много сложна система, но камерите бяха малки и нивото на осветеност беше умерено. Преди десет години НАСА разработи две големи (0,2 квадратни метра) системи за производство на култури, за да отглежда пресни салатни култури в субстратна среда за астронавтите: „Veggie“ и „APH“. Мондже казва, „Veggie е отворен за кабината, така че няма контрол на околната среда за CO2 или температура, като се полива от екипажа. Нивото на осветеност, осигурено от червени, сини и зелени светодиоди, е умерено и околната среда не се следи. Въпреки това се отглеждаха марули, които са безопасни за консумация от екипажа.С APH можете да зареждате експериментални профили от земята, които контролират нивото на светлината (до 1000 umol / m2s, наполовина пълна слънчева светлина), спектралното качество, концентрацията на CO2 (до 5000 ppm), фотопериода на светлината и влагата в коренната зона. APH може да се наблюдава в почти реално време с минимална намеса на екипажа в продължение на седмици. Към днешна дата се използва за отглеждане на пшеница, арабидопсис и репички по време на космическа биология и експерименти за растителна продукция ”

Измерване на влажността на кореновата зона в пространството

Мондже казва, че 5-сантиметровата коренна зона APH е разделена на четири, независимо контролирани, коренни модула, наречени квадранти. Във всеки квадрант влажността на носителя се контролира въз основа на матричния потенциал с помощта на сензор за налягане. Матричният потенциал, измерен от сензора за налягане, обаче не улавя вертикални вариации в обемната влага. Той казва: „Всеки квадрант се полива с пореста тръбна система, която разпределя водата през порестата среда (арцилит), която се смесва с тор с бавно освобождаване. В 5-сантиметровата коренна зона на един грам, по-голямата част от водата се издига на дъното, а горният слой среда, където растенията покълват, може да стане твърде сух. Поради тези причини към всеки квадрант бяха добавени два малки, здрави обемни EC-5 сензора за почвена влажност, за да се наблюдават явленията за преразпределение на влагата при микрогравитация. Тези сензори са нечувствителни към солеността и температурните ефекти. По този начин APH използва осем обемни сензора за почвена влажност, по два във всеки квадрант (един висок, един нисък) за наблюдение на влажността на кореновата зона. При поливане в космоса се извършва преразпределение на влагата, тъй като капилярните сили в микрогравитацията разпределят водата равномерно през субстрата и влияят на аерацията. Въпреки че сензорите са на различна височина, те могат да отчитат достатъчно точно.  "

Мондже добавя, че „Балансирането на сместа от аерация с достатъчно вода в микрогравитационна среда е същността на проблема. Ако не поливате растенията достатъчно, те не растат достатъчно бързо, но ако им дадете твърде много вода, тогава възпрепятствате доставката на O2 в корените и усвояването на хранителни вещества. Така че ние използваме обемни сензори за водно съдържание в кореновия модул APH на различни нива, за да контролираме влагата. Сензорите са като нашите „пръсти в почвата“. “

Какво следва?

Мондже  казва, че следващата стъпка е да се разработят нови системи за поливане, които не използват гранулирана среда. Той казва: „Всеки коренен модул APH съдържа около шест килограма арцилитова среда, която се използва само веднъж за  всяка култура. По същия начин, Veggie използва почти два килограма носители, разпределени в шест независимо напоени коренни модула. Въпреки че тези коренови модули отглеждат нормални растения в експерименти за космическа биология, този подход не е устойчив за растениевъдството, тъй като транспортирането на толкова голяма маса чак до Марс няма да бъде осъществимо. "

Мондже смята, че подготовката на тези системи за растеж на култури за пътуване до Марс може да отнеме известно време. Той казва, че в момента Луната е нов полигон за тези технологии като част от програмата Artemis, а разгръщането на експерименти на Луната също носи нови предизвикателства. Той добавя: „Интересно нещо за Луната е, че има частична гравитация. Не е един грам. Това е 1/6 грам. Освен това, има проблем с космическата радиация и температурата трябва да се контролира, освен ако не се разгърне  експеримента в пилотирани местообитания. От гледна точка на биологията, искаме да разберем как растенията ще реагират на отглеждането в среда с висока радиация и частична гравитация. "

Мондже казва, че е било невероятно пътуване, да разботят по този тип изследвания в продължение на много години. Той се смее: „От 1998 г. се ощипвам всеки ден, защото тази работа е толкова предизвикателна и въпреки това толкова забавна. Това е доста невероятно. "

За повече информация, можете да посетите официалния източник : 

https://www.metergroup.com/environment/articles/soil-moisture-sensors-aid-crop-production-in-space/

За продуктите, свързани с почвената влажност, можете да разгледате тук :

Сензори и системи за почвена влажност