Makanan Luar Angkasa – Bagaimana Kita Akan Memberi Makan Gelombang Berikutnya Para Pelopor Manusia?

Jenis Penjelajahan Luar Angkasa Baru

After several decades of stagnation following the Moon landing, a new space race is heating up. The trigger was SpaceX’s (SPCX ) extraordinary success in creating a reusable rocket, cutting the launch cost to orbit by an order of magnitude. With the latest launch vehicle, Starship, getting tested, the costs should decrease even more.

Sumber: Visual Capitalist

SpaceX mungkin menjadi perusahaan luar angkasa paling mengesankan, tetapi banyak yang mengikutinya – termasuk berbagai perusahaan roket China, baik swasta maupun yang didanai negara.

Secara bersamaan, NASA dan mitranya berencana kembali ke Bulan dan mendirikan pangkalan permanen di sana; China dan Rusia juga memiliki ambisi serupa. Dalam dekade berikutnya, SpaceX berencana melihat manusia pertama berjalan di Mars.

Jadi, hampir pasti kita akan melihat jauh lebih banyak astronot dalam beberapa dekade mendatang dibandingkan sejak era keemasan penjelajahan luar angkasa. Tidak seperti tahun 1960-an, mereka akan tinggal di ruang angkasa dalam habitat yang jauh, bukan hanya melakukan perjalanan beberapa hari ke Bulan atau tinggal di stasiun luar angkasa di orbit Bumi rendah.

Ini berarti lebih banyak orang, berada lebih jauh, dan dalam kasus Mars, berbulan-bulan perjalanan. Semua ini menghasilkan kebutuhan untuk memasok mereka dengan barang konsumsi yang mahal. Hal ini mengubah ekonomi pasokan astronot ke arah memproduksi apa yang mereka butuhkan di lokasi. Pencetakan 3D kemungkinan akan memainkan peran besar dalam menyediakan suku cadang. Dan makanan harus setidaknya sebagian ditanam di lokasi.

Selain biaya, menumbuhkan makanan segar di lokasi juga akan membantu menjaga kesehatan astronot dengan menyediakan vitamin C berkualitas tinggi dan makanan kaya antioksidan yang berguna untuk mengurangi bahaya radiasi dari sinar kosmik dan badai matahari.

Prototipe Makanan Luar Angkasa

Ini bukan konsep baru, dan NASA serta badan antariksa lainnya telah menyelidiki ide-ide ini selama beberapa dekade. Namun, keterbatasan ruang di ISS berarti untuk saat ini, hanya proyek percontohan dan prototipe yang telah diuji, dan belum ada rencana saat ini untuk memproduksi jumlah makanan yang signifikan di luar angkasa.

Konsep Teruji #1: Budidaya Tanaman Aeroponik

Dengan menumbuhkan tanaman tanpa tanah atau air, aeroponik adalah metode yang tampaknya sangat cocok untuk kondisi tanpa berat seperti stasiun luar angkasa, di mana cairan dan debu menjadi masalah serius yang dapat menyebabkan kebocoran dan kebakaran. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang cara kerja aeroponik dan bagaimana sudah digunakan di Bumi dalam artikel kami “Aeroponics – Everything You Need to Know”.

Aeroponik sangat efisien dalam menumbuhkan produk segar dalam waktu singkat dan dengan ruang terbatas, menjadikannya ideal untuk kondisi sempit pada pesawat luar angkasa menuju Mars atau stasiun luar angkasa yang mengorbit.

Ia juga dapat menumbuhkan tanaman akar yang sangat padat energi, seperti kentang, yang mudah dimakan tanpa proses memasak yang terlalu kompleks, berbeda dengan sereal.

Suatu prototipe telah diuji di ISS di bawah program demonstrasi teknologi eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS).

Sumber: NASA

Sistem serupa dapat menumbuhkan produk segar untuk astronot dalam perjalanan panjang, seperti 6-18 bulan ke Mars (tergantung pada sistem propulsi). Ini dapat mencakup Veggie (Sistem Produksi Sayuran), Veggie PONDS, dan Plant Habitat-04 (PH-04), yang telah berhasil menumbuhkan berbagai tanaman, termasuk tiga jenis selada, kubis Cina, mustard mizuna, kale Rusia merah, bunga zinnia, gandum, dan paprika.

Konsep Teruji #2: Mikroorganisme dalam Tabung

Penelitian Biologis dalam Tabung (BRIC) adalah program untuk mempelajari efek ruang angkasa pada organisme yang cukup kecil untuk tumbuh dalam cawan petri, seperti ragi dan mikroba. Namun metode pertumbuhan semacam itu akan mengambil substrat kaya energi dari Bumi untuk diubah menjadi sesuatu yang dapat dimakan.

Versi terbaru, BRIC-LED, adalah versi terkini, yang menggunakan diode pemancar cahaya (LED) tambahan untuk mendukung biologi, seperti tanaman, lumut, alga, dan sianobakteri yang membutuhkan cahaya untuk membuat makanan mereka. Panel surya atau reaktor nuklir dapat memberi daya pada lampu LED tersebut (mirip dengan yang digunakan dalam aeroponik) dan memungkinkan budidaya makanan di lokasi.

Konsep Teruji #3: Rumah Kaca Luar Angkasa yang Dapat Ditiup

NASA juga telah mengembangkan konsep rumah kaca hidroponik yang dapat ditiup, dengan prototipe sepanjang 18 kaki, lebar 7 kaki, dan diameter 3 inci yang diuji oleh Pusat Pertanian Lingkungan Terkontrol Universitas Arizona.

Sumber: Inside Hook

Fungsi rumah kaca yang dapat ditiup mengikuti prinsip hidroponik, sesuatu yang dapat Anda pelajari dalam artikel khusus kami “Hydroponics – Everything You Need to Know“.

Untuk langkah awal koloni, rumah kaca yang dapat dilipat atau ditiup kemungkinan menjadi pilihan yang baik untuk menghemat massa dan ruang dalam kapal transportasi.

Sistem Makanan Luar Angkasa Masa Depan

Perlu membedakan pertanyaan tentang menumbuhkan makanan di luar angkasa tergantung pada lingkungan, dengan 3 situasi utama yang mungkin yaitu stasiun/kapal luar angkasa, pangkalan Bulan, dan pangkalan Mars.

Hal ini menciptakan kendala unik yang akan membentuk kemungkinan sistem makanan di setiap lingkungan secara berbeda.

Orbit & Luar Angkasa Jauh

Karena keterbatasan ruang, tetapi juga batas berat (kapal yang lebih berat akan membuang bahan bakar), kapal luar angkasa dan stasiun luar angkasa tidak mungkin menumbuhkan semua makanan mereka. Lebih mungkin, kru akan menerima pasokan ulang ketika berada di orbit Bumi. Namun, mereka dapat menumbuhkan sejumlah terbatas makanan segar seperti sayuran berdaun atau mikroalga.

Mikroalga akan sangat menarik jika ternyata cara terbaik untuk melindungi kru kapal yang bepergian ke Mars adalah lapisan air tebal (beberapa perkiraan menilai bahwa diperlukan lapisan air setebal 1 meter untuk melindungi kru dari sinar kosmik dan badai matahari sementara).

Jadi kita dapat melihat setiap kapal luar angkasa dan stasiun luar angkasa yang mengorbit Mars dilengkapi dengan ruang perlindungan radiasi yang menggunakan banyak air. Maka masuk akal untuk menggunakan air tersebut juga untuk menumbuhkan makanan.

Sistem semacam itu sudah dipahami dengan baik dan digunakan untuk eksperimen laboratorium, dan proyek seperti BRIC-LED menunjukkan cara menyesuaikannya untuk ruang angkasa & kondisi tanpa berat.

Sumber: MDPI

Sebagai bonus, udara yang terbatas juga memerlukan daur ulang yang ekstensif, yang dapat dibantu oleh tanaman atau alga yang menghasilkan oksigen.

Pangkalan Bulan

Berkat kemungkinan membawa modul prefabrikasi atau material untuk pencetakan 3D dari Bumi terdekat, ruang menjadi jauh kurang menjadi masalah. Bulan juga diperkirakan memiliki beberapa air yang tersedia di lokasi, sehingga budidaya tidak memerlukan membawa ton-ton cairan berat di atas pupuk untuk memulai budidaya di orbit.

Hal ini membuat ide pangkalan Bulan yang sepenuhnya otonom, setidaknya selama populasi berada dalam ratusan atau ribuan, menjadi layak.

Ini juga akan menjadi tempat uji coba yang bagus untuk semua metode produksi makanan yang nantinya diperlukan di Mars. Jika, entah bagaimana, seluruh tanaman gagal, mendapatkan pasokan makanan darurat dari Bumi yang berjarak 3 hari tidak akan menjadi masalah.

Namun, Bulan unik dalam beberapa hal. Malam dapat berlangsung sangat lama, membuat ide rumah kaca berkubah yang mengandalkan cahaya alami menjadi tidak mungkin. Karena alasan yang sama, reaktor nuklir kemungkinan perlu menyediakan tenaga alih-alih panel surya.

Bulan juga tidak memiliki atmosfer sama sekali, mengurangi kemungkinan mendapatkan CO2 gratis dan menyeimbangkan kelebihan oksigen. Jadi, setiap sistem makanan Bulan harus menjadi siklus tertutup yang sempurna.

Namun, Bulan memiliki gravitasi (1/6 Bumi), menjadikan hidroponik atau bahkan akuaponik sebagai opsi yang layak untuk menyediakan tanaman dan bahkan daging kepada astronot dengan cara yang kurang memerlukan tenaga dibandingkan aeroponik. Anda dapat membaca bagaimana akuaponik dapat menggabungkan akuakultur dan hidroponik dalam sistem yang sama di artikel kami “Aquaponics—Everything You Need to Know.”

Skema Pertanian Bulan

Produk segar kemungkinan akan ditanam secara lokal untuk memberikan dorongan vitamin dan moral kepada para astronot.

Belum jelas apa yang akan menjadi mayoritas kalori (protein dan karbohidrat). Pada akhirnya, ekonomi akan menentukan apakah hanya sebagian atau seluruh makanan penduduk Bulan akan diproduksi di lokasi.

• Jika lebih murah membawanya dari Bumi dalam jumlah besar daripada membangun fasilitas budidaya masif, hanya produk segar yang akan ditanam di Bulan.
• Sebaliknya, jika ternyata sangat mahal, pertanian kentang, kacang, dan biji-bijian dengan aeroponik semi-otomatis mungkin menjadi cara untuk mengurangi biaya operasional pangkalan Bulan.

Pangkalan Mars

Mars berada sangat jauh dari Bumi. Memproduksi makanan secara lokal akan menjadi kebutuhan ekonomi sekaligus solusi risiko keamanan.

Hal ini digambarkan dengan brilian dalam buku Andy Weir, The Martian, yang kemudian diadaptasi menjadi film dengan Matt Damon, di mana seorang astronot terdampar mengandalkan pertanian kentang improvisasi untuk bertahan hidup. Dan bahaya terbesar yang dihadapinya bukan radiasi, kekurangan udara, atau dingin, melainkan kelaparan.

Sumber: Modern Farmer

Tujuan pangkalan Mars juga berbeda dari Bulan. Tujuan akhir adalah kolonisasi penuh. Jadi jika populasi beberapa ratus hingga ribuan astronot dapat dipertahankan dengan biaya besar dari Bumi, puluhan ribu atau jutaan tidak akan pernah bisa.

Ini berarti Mars harus sepenuhnya otonom dalam produksi makanan.

Jenis budidaya yang sama seperti di Bulan memungkinkan: hidroponik atau akuaponik skala besar. Namun karena Mars memiliki atmosfer dan hari yang berlangsung hampir tepat 24 jam, juga memungkinkan membangun rumah kaca permukaan dan mengumpulkan CO2 yang dibutuhkan tanaman dari atmosfer tipis sambil menambang es untuk air.

Juga sangat mungkin bahwa Mars memiliki, seperti Bumi, deposit lokal fosfor, nitrogen, dan kalium yang dapat ditambang dan diperlukan untuk pertanian intensif.

Rumah kaca ini perlu dipanaskan, dipupuk, dan kedap udara, tetapi mereka akan menyediakan metode pertanian yang jauh lebih efisien, tahan lama, dan membutuhkan energi lebih sedikit.

Membuat Mars Subur

Mungkin juga pertanian Mars akan diuntungkan dengan menanam langsung di tanah, yang memerlukan mesin lebih sedikit dibandingkan hidroponik. Hal ini akan membebaskan peralatan, tenaga kerja, dan sumber daya untuk penggunaan lain.

Salah satu masalah yang harus diatasi adalah bahwa tanah Mars (regolit) kaya akan hidrogen peroksida (H2O2). Zat sangat oksidatif ini dapat membunuh tanaman dan bakteri, terutama pada konsentrasi yang ditemukan di Mars.

Untungnya, peroksida juga dapat digunakan untuk menghasilkan oksigen. Hal ini telah dibuktikan berkat Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) yang diuji pada rover Perseverance. Jadi kita dapat dengan mudah membayangkan misi mendatang “menambang” regolit untuk menciptakan oksigen bagi para astronot, serta untuk digunakan sebagai bahan bakar roket.

Dan kemudian menggunakan regolit yang telah diproses bebas peroksida ini mengubahnya menjadi tanah subur untuk rumah kaca.

Opsi lain bisa berupa membuat kolam buatan, mungkin di atas kawah kecil, di mana alga, kerang air tawar, dan ikan dapat tumbuh “liar” dengan perawatan minimal, hanya dengan menjaga kubah rumah kaca tetap hangat dan kedap udara.

Teknologi Makanan Luar Angkasa Lainnya

Sejauh ini, kami sebagian besar membahas menumbuhkan makanan melalui aeroponik, hidroponik, dan akuaponik, serta rumah kaca tertutup. Namun opsi lain juga dapat dieksplorasi. Salah satunya adalah makanan sintetis.

Pada tahun 2021, ilmuwan China mengembangkan metode pertama untuk sintesis buatan bebas sel dari pati (C6H10O5) dari CO2. Mengingat pati adalah komponen kalori utama dari biji-bijian seperti beras, jagung, dan gandum, hal ini patut diperhatikan. Dan untuk itu, atmosfer Mars terdiri 95% CO2.

Sumber: Science.org

Sistem ini menggunakan katalis berbasis zirkonium dan mencapai laju sintesis sekitar 8,5 kali lebih tinggi dibandingkan sintesis pati pada jagung.

Jadi, mungkin kita dapat membayangkan modul terintegrasi dan otomatis yang mensintesis pati secara terus-menerus, secara harfiah dari udara tipis. Ini dapat menyediakan mayoritas kalori yang dibutuhkan untuk pakan ternak atau makanan pokok manusia, sementara pertanian tradisional hanya berfokus pada makanan berkualitas tinggi dan kaya vitamin.

Bagaimanapun, kita dapat membayangkan sistem semacam itu beroperasi secara otonom sebelum ada astronot yang mendarat di Mars, untuk menciptakan di lokasi dan sebelum pendaratan persediaan kalori besar-besaran guna menghindari skenario seperti dalam The Martian.

Opsi lain juga ada, terutama jenis makanan sintetis lainnya, termasuk protein (lihat di bawah Solein dari Solar Foods), atau daging yang ditumbuhkan di laboratorium, atau pengganti daging seperti daging berbasis jamur yang diuji di ISS pada 2022, diproduksi oleh perusahaan Nature’s Fynd.

Perusahaan Makanan Luar Angkasa

1. Aleph Farms

Aleph Farm berhasil menumbuhkan eksperimen daging budidaya pertama (steak) dalam mikrogravitasi di ISS selama Misi Rakia. Karena bentuk peternakan apa pun mungkin tidak memungkinkan pada tahap awal kolonisasi luar angkasa, daging kemungkinan hanya akan diproduksi melalui metode ini.

Setelah sebelumnya menguji proses ini dalam mikrogravitasi, Aleph Farms berada di depan sebagian besar perusahaan daging yang ditumbuhkan di laboratorium lainnya di pasar makanan luar angkasa. Israel menyetujui produk dagingnya untuk komersialisasi pada 2024.

Perusahaan ini juga sedang mengerjakan produksi kolagen bebas lemak, bahan penting dalam banyak produk makanan, kosmetik, dan medis.

2. Solar Foods

Perusahaan ini berusaha “memproduksi makanan dari udara tipis”. Ia mengumpulkan €8 Juta pada akhir 2023 untuk mengejar tujuan ini.

Konsepnya adalah menggunakan listrik untuk memecah air menjadi oksigen dan hidrogen, dan menggunakan hidrogen, serta CO2 atmosfer dan nutrisi mineral, untuk memberi makan mikroorganisme yang akan menghasilkan serbuk kering yang terdiri dari 70% protein.

Dikomersialkan di bawah merek Solein, sumber protein ini yang mengandung semua 9 asam amino esensial dapat dimasukkan ke dalam bahan lain untuk membuat sumber nutrisi yang sangat padat.

Sumber: Solar Foods

Perusahaan ini secara eksplisit menargetkan pasar eksplorasi luar angkasa. Namun, mereka juga membayangkan bahwa dalam jangka panjang, mereka dapat merevolusi produksi makanan di Bumi, karena menawarkan sumber protein yang mengubah energi menjadi protein dengan sangat efisien.

“Kami memberi makan mikroba seperti Anda memberi makan tanaman, tetapi alih-alih menyiraminya dan memberi pupuk, kami menggunakan hanya udara dan listrik. Dengan proses kami saat ini, ini 20x lebih efisien daripada fotosintesis (dan 200 kali lebih efisien daripada daging).”

Solar Foods menerima persetujuan regulasi makanan baru pertama untuk Solein dari Singapore Food Agency (SFA) pada September 2022.

Menyesuaikan untuk Makanan Luar Angkasa

Sepanjang sejarah, budidaya makanan dan nutrisi telah dipaksa beradaptasi dengan lingkungan mereka. Hal ini berlaku bagi petani yang menanam padi di teras di Asia hingga orang Inuit yang hampir sepenuhnya mengandalkan diet berbasis daging.

Luar angkasa tidak akan berbeda, meskipun memiliki fitur unik tidak memiliki kesuburan alami atau ekosistem liar sama sekali. Ini berarti bahwa setiap produksi makanan berbasis luar angkasa akan sepenuhnya bergantung pada mesin atau ekosistem yang dirancang dari nol oleh manusia.

Sistem yang sangat kompak dan efisien seperti makanan sintetis atau aeroponik kemungkinan akan mendominasi di lingkungan paling keras, seperti di kapal luar angkasa atau di Bulan tanpa udara.

Di planet seperti Mars, sesuatu yang lebih mirip pertanian biasa mungkin memungkinkan. Cahaya matahari alami akan bekerja bersama lampu LED dan sistem pertanian ultra-efisien di dalam rumah kaca kedap udara dan dipanaskan.

Seperti sering terjadi dengan teknologi luar angkasa, konsep ini juga dapat memiliki dampak besar di Bumi. Kehidupan sehari-hari kita sudah menggunakan teknologi yang awalnya dikembangkan untuk luar angkasa, seperti filter air, mikrochip, alat tanpa kabel, lensa anti-gores, atau detektor asap.

Dimungkinkan bahwa dalam beberapa dekade, pati dan protein sintetis, pertanian aeroponik otomatis, serta rumah kaca ultra-efisien untuk diterapkan di daerah gurun dan Kutub Utara akan ditambahkan ke daftar ini.