Rymmmat – Hur kommer vi att föda mänsklighetens nästa våg av pionjärer?

En ny typ av rymdutforskning

Efter flera decennier av stagnation efter månlandningen värms ett nytt rymdrace upp. Triggern var SpaceX:s extraordinära framgång med att skapa en återanvändbar raket, vilket minskade kostnaden för att nå omloppsbana med en order av storlek. Med det senaste uppskjutningsfordonet, Starship, som testas, bör kostnaderna minska ännu mer.

Källa: Visual Capitalist

SpaceX kan vara det mest imponerande rymdföretaget, men många är på dess häl – inklusive olika kinesiska raketföretag, både privata och statligt finansierade.

Samtidigt planerar NASA och dess partners att återvända till månen och etablera en permanent bas där; Kina och Ryssland har också liknande ambitioner. Under det kommande decenniet avser SpaceX att se de första människorna gå på Mars.

Så det är nästan givet att vi kommer att se många fler astronauter under de kommande årtiondena än sedan rymdens guldålder. Till skillnad från 1960-talet kommer de att bo i rymden i avlägsna habitat, inte bara resa några dagar till månen eller stanna i låg jordbana i rymdstationer.

Det betyder fler människor, längre bort, och i fallet Mars, månader av resa. Allt detta leder till ett behov av att förse dem med extra dyra förbrukningsvaror. Detta snedvrider ekonomin för att förse astronauterna mot att producera det de behöver på plats. 3D‑utskrift kommer sannolikt att spela en stor roll för att tillhandahålla reservdelar. Och mat måste åtminstone delvis odlas på plats.

Förutom kostnaderna kommer odling av färsk mat på plats också att hjälpa astronauterna att hålla sig friska genom att tillhandahålla högkvalitativa C‑vitaminer och antioxidantrika livsmedel som är användbara för att minska faran från strålning från kosmiska strålar och solstormar.

Rymmmatprototyper

Detta är inte ett nytt koncept, och NASA samt andra rymdorganisationer har undersökt idéerna i flera decennier. Ändå innebär bristen på utrymme på ISS att hittills endast pilotprojektet och prototypen har testats, och det finns inga aktuella planer på att producera en betydande mängd mat i rymden.

Testat koncept #1: Aeroponisk växtodling

Genom att odla växter utan jord eller vatten är aeroponik en metod som verkar särskilt lämpad för viktlösa förhållanden som rymdstationer, där vätskor och damm är allvarliga problem som kan orsaka kortslutningar och bränder. Du kan läsa mer om hur aeroponik fungerar och hur den redan används på jorden i vår artikel “Aeroponics – Everything You Need to Know”.

Aeroponik är särskilt effektiv för att odla färska produkter på rekordtid och med begränsat utrymme, vilket gör den idealisk för de trånga förhållandena i ett rymdskepp till Mars eller en omloppsbana rymdstation.

Den kan också odla mycket energitäta rotgrödor, som potatis, som är enkla att äta utan alltför komplicerad tillagning, till skillnad från spannmål.

En prototyp har redan testats på ISS under eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS) tech demo program.

Källa: NASA

Liknande system skulle kunna odla färska produkter för astronauter på långa resor, som de 6–18 månader till Mars (beroende på framdrivningssystemet). Dessa kan inkludera det tidigare testade Veggie (Vegetable Production System), Veggie PONDS och Plant Habitat-04 (PH-04), som framgångsrikt har odlat en mängd växter, inklusive tre typer av sallad, kinesisk kål, mizuna‑mustard, röd rysk grönkål, zinnia‑blommor, vete och paprikor.

Testat koncept #2: Mikroorganismer i kannor

Biological Research in Canisters (BRIC) var ett program för att studera rymdens effekter på organismer som är tillräckligt små för att växa i petriskålar, såsom jäst och mikrober. Men en sådan odlingsmetod skulle ta energi‑rika substrat från jorden för att omvandlas till ätbara produkter.

An updated version, BRIC-LED, är den senaste versionen, som använder tillagda ljusemitterande dioder (LED) för att stödja biologi, såsom växter, mossor, alger och cyanobakterier som behöver ljus för att producera sin mat. Solpaneler eller kärnreaktorer kan driva sådana LED‑lampor (liknande de som används i aeroponik) och möjliggöra matodling på plats.

Testat koncept #3: Uppblåsbara rymdväxthus

NASA har också utvecklat konceptet med uppblåsbara hydroponiska växthus, med en prototyp på 18 fot lång, 7 fot bred och 3 tum i diameter som testats av University of Arizona’s Controlled Environment Agriculture Center.

Källa: Inside Hook

Det uppblåsbara växthusets funktion följer principen för hydroponik, något du kan lära dig i vår dedikerade artikel “Hydroponics – Everything You Need to Know“.

För kolonins inledande steg skulle vikbara eller uppblåsbara växthus sannolikt vara ett bra alternativ för att spara massa och utrymme i transportfartygen.

Framtida rymmmatssystem

Det är nödvändigt att skilja frågan om att odla mat i rymden beroende på miljön, med de tre huvudsakliga möjliga situationerna: rymdstationer/rymdskepp, månbaser och marsbaser.

Detta skapar unika begränsningar som kommer att forma möjligheterna för matsystem i varje miljö på olika sätt.

Omloppsbana & djup rymd

På grund av utrymmet, men också viktbegränsningarna (ett tyngre skepp skulle slösa bränsle), är det osannolikt att rymdskepp och rymdstationer odlar all sin mat. Mer sannolikt kommer besättningen att få påfyllning när de är i jordens omloppsbana. De skulle dock kunna odla en begränsad mängd färsk mat som bladgrönsaker eller mikroalger.

Mikroalger skulle vara särskilt intressanta om det visar sig att det bästa sättet att skydda ett skepps besättning på resa till Mars är ett tjockt lager vatten (vissa uppskattningar menar att ett ett meter djupt vattenskikt skulle behövas för att skydda besättningen mot kosmiska strålar och tillfälliga solstormar).

Så vi kan tänka oss att varje rymdskepp och rymdstation i omloppsbana runt Mars utrustas med ett strålningsskyddsrum som använder mycket vatten. Det skulle då vara logiskt att även använda vattnet för att odla mat.

Sådana system är redan väl förstådda och används för laboratorieexperiment, och projekt som BRIC-LED visar hur man anpassar dem till rymden & viktlöshet.

Källa: MDPI

Som en bonus kräver den begränsade tillgängliga luften också omfattande återvinning, vilket syreproducerande växter eller alger kan bidra till.

Månbaser

Tack vare möjligheten att ta med prefabricerade moduler eller material för 3D‑utskrift från närliggande jord, är utrymme mycket mindre ett bekymmer. Det förväntas också att månen har viss vatten på plats, så odling skulle inte kräva att man tar med ton av tunga vätskor plus gödningsmedel för att påbörja odlingen i omloppsbana.

Detta gör idén om en helt autonom månbas, åtminstone så länge befolkningen är i hundratals eller tusentals, genomförbar.

Detta skulle också visa sig vara en utmärkt testplats för alla matproduktionsmetoder som senare krävs på Mars. Om, på något sätt, en hel skörd misslyckas, skulle det inte vara ett problem att få nödförsörjning av mat från jorden, tre dagar bort.

Dock är månen unik på vissa sätt. Natten kan vara mycket lång, vilket gör idén med kupolformade växthus som förlitar sig på naturligt ljus omöjlig. Av samma anledning kommer kärnreaktorer sannolikt att behöva leverera energi istället för solpaneler.

Den har dessutom ingen atmosfär alls, vilket minskar möjligheten att få gratis CO₂ och balansera överskott av syre. Så varje månmatsystem måste vara en perfekt sluten krets.

Dock har månen gravitation (1/6 av jordens), vilket gör hydroponik eller till och med akvaponik till ett livskraftigt alternativ för att förse astronauter med grödor och till och med kött på ett mindre arbetsintensivt sätt än aeroponik. Du kan läsa hur akvaponik kan kombinera akvakultur och hydroponik i samma system i vår artikel “Aquaponics—Everything You Need to Know”.

Scenarier för månagricultur

Färska produkter kommer sannolikt att odlas lokalt för att ge astronauterna ett vitamin- och morallyft.

Det är ännu inte klart vad som kommer att utgöra majoriteten av kalorierna (protein och kolhydrater). I slutändan kommer ekonomin att avgöra om endast en del eller all mat för månens invånare kommer att produceras på plats.

• Om det är billigare att ta med det från jorden i bulk än att bygga massiva odlingsanläggningar, kommer endast färska produkter att odlas på månen.
• Alternativt, om det visar sig vara för dyrt, kan semi‑automatiserade aeroponiska potatis-, bön- och spannmålsodlingar vara vägen för att minska driftskostnaderna för månbaserna.

Marsbaser

Mars är enormt långt från jorden. Att producera mat lokalt kommer att vara både en ekonomisk nödvändighet och en lösning på säkerhetsrisker.

Detta illustrerades briljant i Andy Weirs bok The Martian, senare anpassad till en film med Matt Damon, där en strandsatt astronaut använder improviserad potatisodling för att överleva. Och den största faran han möter är inte strålning, brist på luft eller kyla, utan svält.

Källa: Modern Farmer

Målet med marsbaserna är också annorlunda än för månen. Det ultimata målet är fullskalig kolonisation. Så om en befolkning på några tiotals hundra astronauter kunde upprätthållas till stor kostnad från jorden, skulle tiotusentals eller miljoner aldrig kunna det.

Detta innebär att Mars måste vara helt autonom i livsmedelsproduktionen.

Samma typer av odling som på månen är möjliga: storskalig hydroponik eller akvaponik. Men eftersom Mars har en atmosfär och en dag som varar nästan exakt 24 timmar, är det också möjligt att bygga ytväxthus och samla in den CO₂ som växterna behöver från den tunna atmosfären samtidigt som man bryter is för vatten.

Det är också mycket sannolikt att Mars, likt jorden, har lokala avlagringar av fosfor, kväve och kalium som kan brytas och som krävs för intensiv odling.

Dessa växthus måste värmas, gödslas och vara lufttäta, men de kommer att erbjuda en mycket mer effektiv, motståndskraftig och mindre energikrävande odlingsmetod.

Göra Mars bördig

Det kan också gynna marsjordbruket att odla direkt i marken, vilket kräver mindre maskineri än hydroponik. Detta skulle frigöra utrustning, arbetskraft och resurser för andra användningsområden.

Ett problem att lösa är att den martianska jorden (regolit) är rik på väteperoxid (H2O2). Denna starkt oxiderande kemikalie kan döda växter och bakterier, särskilt vid de koncentrationer som finns på Mars.

Lyckligtvis kan peroxid också användas för att producera syre. Detta har demonstrerats tack vare Mars Oxygen In‑Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) testat på Perseverance‑rovern. Så vi kan lätt föreställa oss framtida uppdrag som “bryter” regolit för att skapa syre för astronauterna, samt för att användas som raketbränsle.

Och sedan, genom att använda denna bearbetade, peroxidfria regolit, omvandlas den till bördig jord för växthusen.

Ett annat alternativ kan vara att skapa artificiella dammar, kanske över små kratrar, där alger, sötvattenskal och fiskar kan växa “vilt” med minimal underhåll, genom att bara hålla växthuskupolerna varma och lufttäta.

Andra rymmmatsteknologier

Hittills har vi mest diskuterat odling av mat genom aeroponik, hydroponik och akvaponik, samt förseglade växthus. Men andra alternativ kan också utforskas. Ett av dessa är syntetisk mat.

År 2021 kinesiska forskare utvecklade den första metoden för artificiell, cellfri syntes av stärkelse (C6H10O5) från CO2. Med tanke på att stärkelse är den huvudsakliga kalorikomponenten i spannmål som ris, majs och vete, är detta värt att uppmärksamma. Och för den delen är Mars atmosfär 95 % CO2.

Källa: Science.org

Systemet använde en zirkoniumbaserad katalysator och uppnådde en ~8,5‑fald högre synteshastighet än stärkelsesyntes i majs.

Så kanske vi kan föreställa oss en integrerad och automatiserad modul som kontinuerligt syntetiserar stärkelse, bokstavligen från tunn luft. Detta skulle kunna tillhandahålla majoriteten av kalorier som krävs för djurfoder eller mänskliga stapelvaror, medan traditionellt jordbruk fokuserar endast på högkvalitativ och vitaminrik mat.

I vilket fall som helst kan vi föreställa oss att sådana system fungerar autonomt innan någon astronaut ens landar på Mars, för att skapa på plats och före en landning ett massivt lager av kalorier för att undvika ett scenario som i The Martian.

Andra alternativ finns också, särskilt andra typer av syntetisk mat, inklusive proteiner (se nedan Solar Foods’s Solein), eller labbdyrkat kött, eller köttsubstitut som ett svampbaserat kött testat i ISS 2022, producerat av företaget Nature’s Fynd.

Rymmmatföretag

1. Aleph Farms

Aleph Farm uppnådde odlingen av det första odlade köttet (stek) experimentet i mikrogravitation ombord på ISS under Rakia‑missionen. Eftersom någon form av djurhållning kan vara omöjlig i de inledande stadierna av rymdkolonisation, kommer kött sannolikt endast att produceras genom denna metod.

Efter att redan ha testat processen i mikrogravitation ligger Aleph Farms före de flesta andra labbdyrkade köttföretag på marknaden för rymmmat. Israel godkände dess köttprodukter för kommersialisering 2024.

Företaget arbetar också med att producera slaktfri kollagen, en nyckelingrediens i många livsmedel, kosmetika och medicinska produkter.

2. Solar Foods

Detta företag strävar efter att ”producera mat ur tunn luft”. Det samlade 8 miljoner € i slutet av 2023 för att driva detta mål.

Konceptet är att använda elektricitet för att spjälka vatten till syre och väte och använda vätet, samt atmosfärisk CO₂ och mineralnäringsämnen, för att föda mikroorganismer som kommer att producera ett torrt pulver bestående av 70 % protein.

Kommer kommersialiserat under varumärket Solein, kan denna proteinkälla som innehåller alla 9 essentiella aminosyror integreras i andra ingredienser för att skapa en mycket tät näringskälla.

Källa: Solar Foods

Företaget riktar sig uttryckligen mot marknaden för rymdutforskning. Ändå föreställer de sig att på lång sikt kunna revolutionera livsmedelsproduktionen på jorden också, eftersom de erbjuder en proteinkälla som omvandlar energi till protein mycket effektivt.

“Vi matar mikroben som du skulle mata en växt, men istället för att vattna och gödsla den använder vi bara luft och elektricitet. Med vår nuvarande process är detta 20 × mer effektivt än fotosyntes (och 200 × mer än kött).”

Solar Foods fick det första regulatoriska godkännandet för ny livsmedel för Solein från Singapore Food Agency (SFA) i september 2022.

Anpassning för rymmmat

Genom historien har livsmedelsodling och näring tvingats anpassa sig till sin miljö. Detta var sant för bönder som odlade ris på terrasser i Asien till inuiterna som nästan uteslutande förlitar sig på en köttbaserad kost.

Rymden kommer inte att vara annorlunda, även om den har den unika egenskapen att helt sakna naturlig bördighet eller vild ekosystem. Detta betyder att all rymdbaserad livsmedelsproduktion helt kommer att bero på maskiner eller ekosystem som designas från grunden av människor.

Mycket kompakta och effektiva system som syntetisk mat eller aeroponik kommer sannolikt att dominera i den mest fientliga miljön, såsom i rymdskepp eller på den luftlösa månen.

På planeter som Mars kan något närmare traditionellt jordbruk vara möjligt. Naturligt solljus skulle samverka med LED‑lampor och ultraeffektiva odlingssystem inuti lufttäta, uppvärmda växthus.

Som ofta med rymdteknologier kan detta koncept också ha en enorm inverkan på jorden. Vårt dagliga liv använder redan teknik som ursprungligen utvecklades för rymden, som vattenfilter, mikrochips, sladdlösa verktyg, reporesistenta linser eller rökdetektorer.

Det är möjligt att om några decennier kommer syntetisk stärkelse och protein, automatiserade aeroponiska gårdar och ultraeffektiva växthus för att placeras i ökenregioner och Arktis att läggas till på denna lista.