Rommat – Hvordan vil vi mate menneskehetens neste bølge av pionerer?

En ny type romutforskning

Etter flere tiår med stagnasjon etter månelandingen, varmer et nytt romkappløp opp. Triggeren var SpaceX (SPCX ) sin ekstraordinære suksess med å lage en gjenbrukbar rakett, som reduserte oppskytningskostnaden til bane med en størrelsesorden. Med det nyeste oppskytningskjøretøyet, Starship, som blir testet, bør kostnadene synke enda mer.

Kilde: Visual Capitalist

SpaceX kan være det mest imponerende romselskapet, men mange er på deres hæl – inkludert ulike kinesiske rakettfirmaer, både private og statlig finansierte.

Samtidig planlegger NASA og deres partnere å returnere til Månen og etablere en permanent base der; Kina og Russland har også lignende ambisjoner. I løpet av det neste tiåret har SpaceX til hensikt å se de første menneskene gå på Mars.

Så det er nesten en selvfølge at vi vil se mange flere astronauter i de kommende tiårene enn siden den gyldne æraen av romutforskning. I motsetning til 1960‑tallet vil de bo i rommet i fjerne habitater, ikke bare reise noen dager til Månen eller oppholde seg i lav jordbane på romstasjoner.

Dette betyr flere mennesker, lenger unna, og i tilfelle Mars, måneder med reiseavstand. Alt dette fører til et behov for å forsyne dem med ekstra dyre forbruksvarer. Dette skjevvrir økonomien ved å forsyne astronautene mot å produsere det de trenger på stedet. 3D‑utskrift vil sannsynligvis spille en stor rolle i å levere reservedeler. Og mat vil måtte dyrkes delvis på stedet.

Utover kostnadene vil dyrking av fersk mat på stedet også hjelpe astronautene med å holde seg sunne ved å tilby høykvalitets C‑vitaminer og antioksidant‑rike matvarer som er nyttige for å redusere faren fra stråling fra kosmiske stråler og solstormer.

Rommat‑prototyper

Dette er ikke et nytt konsept, og NASA og andre romorganisasjoner har undersøkt ideene i flere tiår. Likevel betyr mangelen på plass på ISS at foreløpig kun pilotprosjektet og prototypen har blitt testet, og det finnes ingen nåværende planer om å produsere en betydelig mengde mat i rommet.

Testet konsept #1: Aeroponisk plantekultivering

Ved å dyrke planter uten jord eller vann, er aeroponi en metode som ser ut til å passe unikt for vektløse forhold som romstasjoner, hvor væsker og støv er alvorlige problemer som kan forårsake kortslutninger og branner. Du kan lese mer om hvordan aeroponi fungerer og hvordan den allerede brukes på jorden i vår artikkel “Aeroponics – Everything You Need to Know”.

Aeroponi er spesielt effektivt for å dyrke ferske produkter på rekordtid og med begrenset plass, noe som gjør den ideell for de trange forholdene i et romskip til Mars eller en omløpsstasjon.

Den kan også dyrke svært energitette rotgrønnsaker, som poteter, som er enkle å spise uten for komplisert tilberedning, i motsetning til korn.

En prototype har allerede blitt testet på ISS under eXposed Root On‑Orbit Test System (XROOTS) tech demo program.

Kilde: NASA

Lignende systemer kunne dyrke ferske produkter for astronauter på lange reiser, som de 6‑18 månedene til Mars (avhengig av fremdriftssystemet). Disse kunne inkludere den tidligere testede Veggie (Vegetable Production System), Veggie PONDS og Plant Habitat‑04 (PH‑04), som har lykkes med å dyrke en rekke planter, inkludert tre typer salat, kinesisk kål, mizuna‑sennep, rød russisk grønnkål, zinnia‑blomster, hvete og paprika.

Testet konsept #2: Mikroorganismer i beholdere

Biologisk forskning i beholdere (BRIC) var et program for å studere effektene av rommet på organismer små nok til å vokse i petriskåler, som gjær og mikrober. Men en slik vekstmetode ville ta energi‑rike substrater fra jorden for å omdanne dem til spiselig materiale.

En oppdatert versjon, BRIC‑LED, er den nyeste versjonen, som bruker ekstra lysdioder (LED) for å støtte biologi, som planter, mose, alger og cyanobakterier som trenger lys for å lage mat. Solcellepaneler eller kjernekraftverk kunne drive slike LED‑lamper (lik de som brukes i aeroponi) og tillate matproduksjon på stedet.

Testet konsept #3: Oppblåsbare rom‑drivhus

NASA har også utviklet konseptet med oppblåsbare hydroponiske drivhus, med en prototype på 18 fot lang, 7 fot bred og 3 tommer i diameter testet av University of Arizona’s Controlled Environment Agriculture Center.

Kilde: Inside Hook

Det oppblåsbare drivhuset fungerer etter prinsippet for hydroponikk, noe du kan lære mer om i vår dedikerte artikkel “Hydroponics – Everything You Need to Know”.

For kolonienes første steg vil sammenleggbare eller oppblåsbare drivhus sannsynligvis være et godt alternativ for å spare masse og plass i transportskipene.

Fremtidige rommat‑systemer

Det er nødvendig å skille spørsmålet om matproduksjon i rommet avhengig av miljøet, med de tre hovedsituasjonene: romstasjoner/romskip, Måne‑baser og Mars‑baser.

Dette skaper unike begrensninger som vil forme mulighetene for matssystemer i hvert miljø på forskjellige måter.

Orbitalt & Dyprom

På grunn av både plass‑ og vektbegrensninger (et tyngre skip ville sløse med drivstoff), er det usannsynlig at romskip og romstasjoner vil dyrke all sin mat. Mer sannsynlig vil man få forsyninger når de er i jordens bane. De kan imidlertid dyrke en begrenset mengde fersk mat som bladgrønnsaker eller mikroalger.

Mikroalger ville være spesielt interessant dersom det viser seg at den beste måten å beskytte mannskapet på en reise til Mars er et tykt lag med vann (noen estimater antyder at et ett meter dypt vannlag er nødvendig for å beskytte mot kosmiske stråler og midlertidige solstormer).

Dermed kan vi se hvert romskip og hver romstasjon i Mars‑bane utstyrt med et strålingsvernrom som bruker mye vann. Det ville da gi mening å bruke vannet også til å dyrke mat.

Slike systemer er allerede godt forstått og brukt i laboratorieeksperimenter, og prosjekter som BRIC‑LED viser hvordan de kan tilpasses rom‑ og vektløshet.

Kilde: MDPI

Som en bonus krever den begrensede tilgjengelige luften omfattende resirkulering, noe som oksygenproduserende planter eller alger kan bidra til.

Måne‑baser

Takket være muligheten til å bringe prefabrikkerte moduler eller materiale for 3D‑utskrift fra nærliggende jord, er plass mye mindre en bekymring. Månen forventes også å ha noe vann tilgjengelig på stedet, så dyrking vil ikke kreve å frakte tunge væsker og gjødsel opp i bane.

Dette gjør ideen om en fullt autonom Måne‑base, så lenge befolkningen er i hundre‑ eller tusenvis, levedyktig.

Det vil også være et utmerket testområde for alle matproduksjonsmetoder som senere kreves på Mars. Hvis en hel avling skulle feile, ville nødforsyning fra Jorden, kun tre dager unna, ikke være et problem.

Imidlertid er Månen unik på noen områder. Natten kan vare svært lenge, noe som gjør ideen om kuppelde drivhus som er avhengige av naturlig lys umulig. Av samme grunn vil kjernekraftverk sannsynligvis måtte levere strøm i stedet for solcellepaneler.

Den har også absolutt ingen atmosfære, noe som reduserer muligheten for å få gratis CO₂ og balansere overskudd av oksygen. Så hvert Måne‑matssystem må være en perfekt lukket kretsløp.

Men Månen har gravitasjon (1/6 av Jordens), noe som gjør hydroponikk eller til og med akvakultur til et levedyktig alternativ for å levere avlinger og til og med kjøtt til astronauter på en mindre arbeidsintensiv måte enn aeroponi. Du kan lese hvordan akvakultur kan blande akvakultur og hydroponikk i samme system i vår artikkel “Aquaponics—Everything You Need to Know.”

Måne‑agronomiscenarier

Ferske produkter vil sannsynligvis dyrkes lokalt for å gi astronautene en vitamin‑ og moralboost.

Det er ennå ikke klart hva som vil utgjøre hoveddelen av kalorier (proteiner og karbohydrater). Til slutt vil økonomien avgjøre om kun en del eller all mat for Måne‑innbyggerne vil bli produsert på stedet.

• Hvis det er billigere å bringe den fra Jorden i bulk enn å bygge massive dyrkningsanlegg, vil kun ferske produkter bli dyrket på Månen.
• Eller, hvis det viser seg å være for dyrt, kan semi‑automatiserte aeroponiske potet‑, bønne‑ og korn‑gårder være veien for å redusere driftskostnadene på Måne‑basene.

Mars‑baser

Mars er enormt langt fra Jorden. Å produsere mat lokalt vil både være en økonomisk nødvendighet og en løsning på sikkerhetsrisiko.

Dette ble briljant illustrert i Andy Weirs bok The Martian, senere tilpasset til film med Matt Damon, hvor en strandet astronaut tyr til improvisert potetdyrking for å overleve. Og den største faren han møter er ikke stråling, mangel på luft eller kulde, men sult.

Kilde: Modern Farmer

Målet med Mars‑baser er også forskjellig fra Månen. Det endelige målet er fullstendig koloniseringen. Så hvis en befolkning på noen titalls hundre astronauter kunne opprettholdes med stor kostnad fra Jorden, kunne titalls tusen eller millioner aldri det.

Dette betyr at Mars må bli fullstendig autonom i matproduksjon.

De samme dyrkningsmetodene som på Månen er mulige: storskalig hydroponikk eller akvakultur. Men siden Mars har en atmosfære og en dag som varer nesten nøyaktig 24 timer, er det også mulig å bygge overflatedrivhus og samle CO₂‑plantene trenger fra den tynne atmosfæren mens man utvinner is for vann.

Det er også svært sannsynlig at Mars, likt Jorden, har lokale forekomster av fosfor, nitrogen og kalium som kan utvinnes og som er nødvendige for intensiv jordbruk.

Disse drivhusene må varmes, gjødsles og være lufttette, men de vil tilby en mye mer effektiv, robust og mindre energikrevende dyrkningsmetode.

Gjør Mars fruktbar

Det kan også være fordelaktig for marsisk jordbruk å dyrke direkte i jorden, noe som krever mindre maskineri enn hydroponikk. Dette ville frigjøre utstyr, arbeidskraft og ressurser til andre formål.

Et problem som må løses er at den marsiske jorden (regolit) er rik på hydrogenperoksid (H₂O₂). Denne sterkt oksiderende kjemikalien kan drepe planter og bakterier, spesielt i konsentrasjonene som finnes på Mars.

Heldigvis kan peroksid også brukes til å produsere oksygen. Dette har blitt demonstrert takket være Mars Oxygen In‑Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) testet på Perseverance‑roveren. Så vi kan lett forestille oss fremtidige oppdrag som «utvinner» regolit for å lage oksygen til astronautene, samt for rakettdrivstoff.

Og ved å bruke dette bearbeidede, peroksid‑frie regolitet blir det til fruktbar jord for drivhusene.

Et annet alternativ kan være å lage kunstige dammer, kanskje over små kratre, hvor alger, ferskvannsskjell og fisk kan vokse «vilt» med minimal vedlikehold, ved bare å holde drivhuskuplene varme og lufttette.

Andre rommat‑teknologier

Så langt har vi hovedsakelig diskutert dyrking av mat gjennom aeroponi, hydroponikk og akvakultur, samt forseglede drivhus. Men andre alternativer kan også bli utforsket. En av disse er syntetisk mat.

I 2021 utviklet kinesiske forskere den første metoden for kunstig, cellefri syntese av stivelse (C6H10O5) fra CO₂. Siden stivelse er den viktigste kalorikomponenten i korn som ris, mais og hvete, er dette verdt oppmerksomhet. Og for den saks skyld er Mars‑atmosfæren 95 % CO₂.

Kilde: Science.org

Systemet brukte en zirkonium‑basert katalysator og oppnådde en ~8,5‑fold høyere synteserate enn stivelsessyntese i mais.

Så kanskje vi kan forestille oss en integrert og automatisert modul som kontinuerlig syntetiserer stivelse, bokstavelig talt fra tynn luft. Dette kunne levere hoveddelen av kaloriene som kreves for dyrefôr eller menneskelige basisvarer, mens tradisjonelt jordbruk kun fokuserer på høy‑kvalitets‑ og vitaminrike matvarer.

Uansett kan vi tenke oss at slike systemer opererer autonomt før noen astronaut i det hele tatt lander på Mars, for å skape på stedet og i forkant av en landing en massiv lagerbeholdning av kalorier for å unngå et scenario som i The Martian.

Andre alternativer finnes også, særlig andre typer syntetisk mat, inkludert proteiner (se nedenfor Solar Foods sin Solein), eller laboratoriedyrket kjøtt, eller kjøttsubstitutter som et soppbasert kjøtt testet på ISS i 2022, produsert av selskapet Nature’s Fynd.

Rommat‑selskaper

1. Aleph Farms

Aleph Farm oppnådde vekst av det første dyrkede kjøtt (biff) eksperimentet i mikrogravitasjon ombord på ISS under Rakia‑misjonen. Ettersom enhver form for husdyrhold kan være umulig i de innledende fasene av romkolonisering, vil kjøtt sannsynligvis kun bli produsert gjennom denne metoden.

Etter å ha testet prosessen i mikrogravitasjon, ligger Aleph Farms foran de fleste andre laboratoriedyrkede kjøtt‑selskapene i rommatmarkedet. Israel godkjente deres kjøttprodukter for kommersialisering i 2024.

Selskapet arbeider også med å produsere kollagen uten slakt, en nøkkel‑ingrediens i mange mat‑, kosmetikk‑ og medisinske produkter.

2. Solar Foods

Dette selskapet ser på å “produsere mat fra tynn luft”. Det hentet 8 millioner € ved slutten av 2023 for å forfølge dette målet.

Konseptet er å bruke elektrisitet til å splitte vann i oksygen og hydrogen, og bruke hydrogenet, sammen med atmosfærisk CO₂ og mineralnæringsstoffer, til å mate mikroorganismer som vil produsere et tørt pulver bestående av 70 % protein.

Kommercialisert under merket Solein, inneholder denne proteinkilden alle 9 essensielle aminosyrer og kan innarbeides i andre ingredienser for å lage en svært tett næringskilde.

Kilde: Solar Foods

Selskapet retter seg eksplisitt mot markedet for romutforskning. Likevel ser de også for seg at de på lang sikt kan revolusjonere matproduksjon på Jorden, da de tilbyr en proteinkilde som konverterer energi til protein svært effektivt.

“Vi mater mikroben som du ville mate en plante, men i stedet for å vanne og gjødsle den, bruker vi kun luft og elektrisitet. Med vår nåværende prosess er dette 20 ganger mer effektivt enn fotosyntese (og 200 ganger mer enn kjøtt).”

Solar Foods mottok den første godkjenningen for ny mat (novel food) for Solein fra Singapore Food Agency (SFA) i september 2022.

Tilpasning for rommat

Gjennom historien har matdyrking og ernæring blitt tvunget til å tilpasse seg sitt miljø. Dette var sant for bønder som dyrket ris på terrasser i Asia til inuittene som nesten utelukkende lever av kjøttbasert kost.

Rommet vil ikke være annerledes, selv om det vil ha den unike egenskapen av å ha absolutt ingen naturlig fruktbarhet eller vill økologi. Dette betyr at enhver rombasert matproduksjon vil være helt avhengig av maskiner eller økosystemer designet fra bunnen av av mennesker.

Høyt kompakte og effektive systemer som syntetisk mat eller aeroponi vil sannsynligvis dominere i de mest fiendtlige miljøene, som i romskip eller på den luftløse Månen.

På planeter som Mars kan noe som ligner på vanlig jordbruk være mulig. Naturlig sollys vil samarbeide med LED‑lys og ultra‑effektive dyrkningssystemer inne i lufttette, oppvarmede drivhus.

Som ofte med romteknologi, kan dette konseptet også ha en massiv innvirkning på Jorden. Hverdagen vår bruker allerede teknologi som først ble utviklet for rommet, som vannfiltre, mikrochips, trådløse verktøy, ripeskårne linser eller røykvarslere.

Det er mulig at om noen tiår vil syntetisk stivelse og protein, automatiserte aeroponiske gårder, og ultra‑effektive drivhus for å settes i ørkenområder og Arktis bli lagt til denne listen.