Rummad – Hvordan vil vi fodre menneskehedens næste bølge af pionerer?

En ny type rumforskning

Efter flere årtiers stagnation efter månelandingen varmer et nyt rumkapløb op. Udslaget var SpaceX’s ekstraordinære succes med at skabe en genanvendelig raket, der sænkede lanceringsomkostningerne til kredsløb med en størrelsesorden. Med det nyeste opsendelsesfartøj, Starship, under test, bør omkostningerne falde endnu mere.

Kilde: Visual Capitalist

SpaceX er måske det mest imponerende rumfirma, men mange er på hælene – herunder forskellige kinesiske raketvirksomheder, både private og statligt finansierede.

Samtidig planlægger NASA og dets partnere at vende tilbage til Månen og etablere en permanent base der; Kina og Rusland har også lignende ambitioner. I det næste årti har SpaceX til hensigt at se de første mennesker gå på Mars.

Så det er næsten givet, at vi vil se mange flere astronauter i de kommende årtier end siden rumforskningens guldalder. I modsætning til 1960’erne vil de bo i rummet i fjerne habitater, ikke blot rejse i et par dage til Månen eller opholde sig i lav jordbane i rumstationer.

Det betyder flere mennesker, længere væk, og i tilfældet Mars, måneder af rejse. Alt dette medfører et behov for at levere ekstra dyre forbrugsvarer. Dette skæver økonomien ved at forsyne astronauterne mod at producere, hvad de har brug for på stedet. 3D-printning vil sandsynligvis spille en stor rolle i at levere reservedele. Og mad skal mindst delvist dyrkes på stedet.

Udover omkostninger vil dyrkning af frisk mad på stedet også hjælpe med at holde astronauterne sunde ved at levere højkvalitets C-vitaminer og antioxidantrige fødevarer, der er nyttige til at reducere faren for stråling fra kosmiske stråler og solstorme.

Rummad-prototyper

Dette er ikke et nyt koncept, og NASA samt andre rumagenturer har undersøgt idéerne i flere årtier. Alligevel betyder manglen på plads på ISS, at indtil videre er kun pilotprojektet og prototypen blevet testet, og der er ingen aktuelle planer om at producere en betydelig mængde mad i rummet.

Testet koncept #1: Aeroponik plantekultivering

Ved at dyrke planter uden jord eller vand er aeroponik en metode, der synes særligt egnet til vægtløse forhold som rumstationer, hvor væsker og støv er alvorlige problemer, der kan forårsage kortslutninger og brande. Du kan læse mere om, hvordan aeroponik fungerer, og hvordan den allerede bruges på Jorden i vores artikel “Aeroponics – Everything You Need to Know”.

Aeroponik er især effektiv til at dyrke friske produkter på rekordtid og med begrænset plads, hvilket gør den ideel til de trange forhold i et rumskib til Mars eller en kredsløbende rumstation.

Den kan også dyrke meget energitætte rodafgrøder, som kartofler, som er nemme at spise uden for kompleks madlavning, i modsætning til korn.

En prototype er allerede blevet testet på ISS under det eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS) tech demo program.

Kilde: NASA

Lignende systemer kunne dyrke friske produkter til astronauter på lange rejser, som de 6–18 måneder til Mars (afhængigt af fremdriftssystemet). Disse kunne inkludere den tidligere testede Veggie (Vegetable Production System), Veggie PONDS og Plant Habitat-04 (PH-04), som med succes har dyrket en række planter, herunder tre typer salat, kinesisk kål, mizuna sennep, rød russisk grønkål, zinnia-blomster, hvede og peberfrugter.

Testet koncept #2: Mikroorganismer i beholdere

Biological Research in Canisters (BRIC) var et program til at studere rummets påvirkning på organismer, der er små nok til at vokse i petriskåle, såsom gær og mikrober. Men en sådan vækstmetode ville stjæle energirige substrater fra Jorden for at blive omdannet til spiseligt.

En opdateret version, BRIC-LED, er den seneste version, som bruger tilføjede lysdioder (LED) til at understøtte biologi, såsom planter, mos, alger og cyanobakterier, der har brug for lys for at lave deres mad. Solpaneler eller atomreaktorer kunne drive sådanne LED-lamper (lignende dem, der bruges i aeroponik) og muliggøre fødevareproduktion på stedet.

Testet koncept #3: Oppustelige rumdrivhuse

NASA har også udviklet konceptet med oppustelige hydroponikdrivhuse, med en prototype på 18 fod lang, 7 fod bred og 3 tommer i diameter, testet af University of Arizona’s Controlled Environment Agriculture Center.

Kilde: Inside Hook

Den oppustelige drivhusfunktion følger princippet om hydroponik, noget du kan lære i vores dedikerede artikel “Hydroponics – Everything You Need to Know”.

For koloniets indledende skridt vil foldbare eller oppustelige drivhuse sandsynligvis være en god mulighed for at spare på masse og plads i transportskibene.

Fremtidige rummadssystemer

Der er behov for at skelne spørgsmålet om at dyrke mad i rummet afhængigt af miljøet, med de 3 hovedmulige situationer som er rumstationer/rumske, Månebaser og Marsbaser.

Dette skaber unikke begrænsninger, der vil forme muligheden for madssystemer i hvert miljø forskelligt.

Orbit og dyb rum

På grund af pladsen, men også vægtbegrænsninger (et tungere skib ville spilde brændstof), er det usandsynligt, at rumskibe og rumstationer vil dyrke al deres mad. Mere sandsynligt er, at besætningen vil blive genforsynet, når de er i Jordens kredsløb. De kunne dog dyrke en begrænset mængde frisk mad som bladgrønt eller mikroalger.

Mikroalger ville være særligt interessante, hvis det viser sig, at den bedste måde at beskytte et skibs besætning på rejsen til Mars er et tykt lag vand (nogle estimater vurderer, at der kræves et 1 meter dybt vandlag for at beskytte besætningen mod kosmiske stråler og midlertidige solstorme).

Så vi kunne se hvert rumskib og hver rumstation i kredsløb om Mars udstyret med et strålingsbeskyttelsesrum, der bruger meget vand. Det ville så give mening at bruge vandet til også at dyrke mad.

Sådanne systemer er allerede velkendte og bruges til laboratorieeksperimenter, og projekter som BRIC-LED viser, hvordan de kan tilpasses rum og vægtløshed.

Kilde: MDPI

Som en bonus kræver den begrænsede tilgængelige luft også omfattende genanvendelse, som iltproducerende planter eller alger kan bidrage til.

Månebaser

Takket være muligheden for at bringe præfabulerede moduler eller materiale til 3D-print fra den nærliggende Jord, er plads mindre bekymring. Det forventes også, at Månen har noget vand tilgængeligt på stedet, så dyrkning ikke vil kræve at bringe tons af tunge væsker oven på gødning for at starte dyrkningen i kredsløb.

Dette gør idéen om en fuldt autonom Månebase, mindst så længe befolkningen er i hundreder eller tusinder, levedygtig.

Dette vil også vise sig at være et fremragende testområde for alle fødevareproduktionsmetoder, der senere kræves på Mars. Hvis, på en eller anden måde, en hel afgrøde fejler, vil nødforsyning af mad fra Jorden, kun 3 dage væk, ikke være et problem.

Dog er Månen unik på nogle områder. Natten kan vare meget længe, hvilket gør idéen om kuppelformede drivhuse, der er afhængige af naturligt lys, umulig. Af samme grund vil atomreaktorer sandsynligvis skulle levere strøm i stedet for solpaneler.

Den har også absolut ingen atmosfære, hvilket reducerer muligheden for at få gratis CO2 og balancere overskydende ilt. Så hvert månemadssystem vil skulle være en fuldstændig lukket kredsløb.

Dog har Månen tyngdekraft (1/6 af Jordens), hvilket gør hydroponik eller endda akvakultur en levedygtig mulighed for at levere afgrøder og endda kød til astronauter på en mindre arbejdskrævende måde end aeroponik. Du kan læse, hvordan akvakultur kan blande akvakultur og hydroponik i samme system i vores artikel “Aquaponics—Everything You Need to Know.”

Måneagricultur scenarier

Friske produkter vil sandsynligvis blive dyrket lokalt for at give astronauterne et vitamin- og moralboost.

Det er endnu ikke klart, hvad hovedparten af kalorierne (proteiner og kulhydrater) vil være. I sidste ende vil økonomien afgøre, om kun en del eller al mad for Måne’s beboere vil blive produceret på stedet.

• Hvis det er billigere at bringe det fra Jorden i bulk end at bygge massive dyrkningsfaciliteter, vil kun friske produkter blive dyrket på Månen.
• Alternativt, hvis det viser sig at være uoverkommeligt dyrt, kan semi-automatiserede aeroponik kartoffel-, bønne- og kornfarme være vejen til at reducere driftsomkostningerne for Månebaserne.

Marsbaser

Mars er enormt langt fra Jorden. Produktion af mad lokalt vil både være en økonomisk nødvendighed og en løsning på sikkerhedsrisiko.

Dette blev brillant illustreret i Andy Weir’s bog The Martian, senere tilpasset til en film med Matt Damon, hvor en strandet astronaut tyer til improviseret kartoffeldyrkning for at overleve. Og den største fare, han står over for, er ikke stråling, mangel på luft eller kulde, men sult.

Kilde: Modern Farmer

Målet med Marsbaserne er også anderledes end Månen. Det ultimative mål er fuld koloniseringen. Så hvis en befolkning på nogle få hundrede astronauter kunne opretholdes med stor omkostning fra Jorden, kunne titusinder eller millioner aldrig.

Dette betyder, at Mars vil skulle være fuldstændig autonom i fødevareproduktion.

De samme typer dyrkning som på Månen er mulige: storstilet hydroponik eller akvakultur. Men fordi Mars har en atmosfære og en dag, der varer næsten præcis 24 timer, er det også muligt at bygge overfladedrivhuse og indsamle den CO2, planterne har brug for, fra den tynde atmosfære, mens man udvinder is til vand.

Det er også meget sandsynligt, at Mars har, ligesom Jorden, lokale forekomster af fosfor, kvælstof og kalium, som kan udvindes og er nødvendige for intensiv dyrkning.

Disse drivhuse skal varmes, gødes og være lufttætte, men de vil give en langt mere effektiv, robust og mindre energikrævende dyrkningsmetode.

Gøre Mars frugtbart

Det kan også gavne Mars-landbruget at dyrke direkte i jorden, hvilket kræver mindre maskineri end hydroponik. Dette ville frigøre udstyr, arbejdskraft og ressourcer til andre formål.

Et problem, der skal løses, er at den martiske jord (regolit) er rig på hydrogenperoxid (H2O2). Dette stærkt oxidative kemikalie kan dræbe planter og bakterier, især ved de koncentrationer, der findes på Mars.

Heldigvis kan peroxid også bruges til at producere ilt. Dette er blevet demonstreret takket være Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) testet på Perseverance-roveren. Så vi kan let forestille os fremtidige missioner, der “udvinder” regolit for at skabe ilt til astronauterne, samt til brug som raketbrændstof.

Og ved derefter at bruge denne behandlede, peroxidfri regolit omdannes den til frugtbar jord til drivhusene.

En anden mulighed kunne være at skabe kunstige damme, måske over små kratere, hvor alger, ferskvandsmuslinger og fisk kunne vokse “vildt” med minimal vedligeholdelse, blot ved at holde drivhuskuplerne varme og lufttætte.

Andre rummadteknologier

Indtil videre har vi for det meste diskuteret dyrkning af mad gennem aeroponik, hydroponik og akvakultur samt forseglede drivhuse. Men andre muligheder kan også udforskes. En af disse er syntetisk mad.

I 2021 udviklede kinesiske forskere den første metode til kunstig, cellefri syntese af stivelse (C6H10O5) fra CO2. Da stivelse er den primære kaloriske komponent i korn som ris, majs og hvede, er dette værd at lægge mærke til. Og i den forbindelse er Mars’ atmosfære 95 % CO2.

Kilde: Science.org

Systemet brugte en zirkonium-baseret katalysator og opnåede en ~8,5-gange højere synteserate end stivelsessyntese i majs.

Så måske kan vi forestille os et integreret og automatiseret modul, der kontinuerligt syntetiserer stivelse, bogstaveligt fra tynd luft. Dette kunne levere hovedparten af kalorier, der kræves til dyrefoder eller menneskelige basisfødevarer, mens traditionelt landbrug kun fokuserer på høj kvalitet og vitaminrige fødevarer.

Under alle omstændigheder kan vi forestille os, at sådanne systemer opererer autonomt, før nogen astronaut overhovedet lander på Mars, for at skabe på stedet og før en landing en massiv lager af kalorier for at undgå et scenarie som i The Martian.

Andre muligheder findes også, især andre typer syntetisk mad, inklusive proteiner (se nedenfor Solar Foods’ Solein), eller laboratoriedyrket kød, eller kødsubstitutter som et svampebaseret kød testet i ISS i 2022, produceret af virksomheden Nature’s Fynd.

Rummad-virksomheder

1. Aleph Farms

Aleph Farm opnåede væksten af det første dyrkede kød (bøf) eksperiment i mikrogravitet ombord på ISS under Rakia-missionen. Da enhver form for husdyrhold kan være umulig i de indledende faser af rumkolonisering, vil kød sandsynligvis kun blive produceret gennem denne type metode.

Efter allerede at have testet processen i mikrogravitet, er Aleph Farms foran de fleste andre laboratoriedyrkede kødvirksomheder på markedet for rummad. Israel godkendte deres kødprodukter til kommercialisering i 2024.

Virksomheden arbejder også på at producere slaughter-free collagen, en nøgleingrediens i mange fødevarer, kosmetik og medicinske produkter.

2. Solar Foods

Dette firma sigter efter at “producere mad ud af tynd luft”. Det rejste 8 millioner € i slutningen af 2023 for at forfølge dette mål.

Konceptet er at bruge elektricitet til at splitte vand i ilt og brint og bruge brinten samt atmosfærisk CO2 og mineralnæringsstoffer til at fodre mikroorganismer, der vil producere et tørt pulver bestående af 70 % protein.

Kommercialiseret under mærket Solein, denne proteinkilde, der indeholder alle 9 essentielle aminosyrer, kan indarbejdes i andre ingredienser for at skabe en meget tæt ernæringskilde.

Kilde: Solar Foods

Virksomheden retter sig eksplicit mod markedet for rumforskning. Alligevel forestiller den sig, at den på lang sigt også kan revolutionere fødevareproduktion på Jorden, da den tilbyder en proteinkilde, der omdanner energi til protein meget effektivt.

“Vi fodrer mikroben som du ville fodre en plante, men i stedet for at vande og gøde den, bruger vi blot luft og elektricitet. Med vores nuværende proces er dette 20 gange mere effektivt end fotosyntese (og 200 gange mere end kød).”

Solar Foods modtog den første godkendelse af ny fødevare for Solein fra Singapore Food Agency (SFA) i september 2022.

Tilpasning til rummad

Gennem historien har fødevaredyrkning og ernæring været tvunget til at tilpasse sig deres miljø. Dette var sandt for bønder, der dyrkede ris på terrasser i Asien, såvel som for inuiterne, der næsten udelukkende er afhængige af en kødbaseret kost.

Rum vil ikke være anderledes, selvom det vil have den unikke egenskab at have absolut ingen naturlig frugtbarhed eller vildt økosystem. Dette betyder, at enhver rumbaseret fødevareproduktion fuldstændig vil afhænge af maskiner eller økosystemer designet fra bunden af mennesker.

Meget kompakte og effektive systemer som syntetisk mad eller aeroponik vil sandsynligvis dominere i det mest fjendtlige miljø, som i rumskibe eller på den luftløse Måne.

På planeter som Mars kan noget, der ligner traditionel landbrug, være muligt. Naturligt sollys vil arbejde sammen med LED-lys og ultraeffektive landbrugssystemer inde i lufttætte, opvarmede drivhuse.

Som ofte med rumteknologier kan dette koncept også have en enorm indvirkning på Jorden. Vores daglige liv bruger allerede teknologi, der oprindeligt blev udviklet til rummet, som vandsfiltre, mikrochips, ledningsfri værktøj, ridsikre linser eller røgalarmer.

Det er muligt, at i løbet af et par årtier vil syntetisk stivelse og protein, automatiserede aeroponikfarme og ultraeffektive drivhuse til udplacering i ørkenområder og Arktis blive tilføjet til denne liste.