Pagkain sa Kalawakan – Paano Natin Pakakainin ang Susunod na Alon ng mga Pionero ng Sangkatauhan?

Isang Bagong Uri ng Eksplorasyon sa Kalawakan

Pagkatapos ng ilang dekada ng pagkaparalisa matapos ang paglapag sa Buwan, isang bagong karera sa kalawakan ang umiinit. Ang trigger ay ang pambihirang tagumpay ng SpaceX (SPCX ) sa paglikha ng reusable rocket, na nagbawas ng gastos sa paglulunsad patungo sa orbit ng isang order ng magnitude. Sa pinakabagong launch vehicle, ang Starship, na sinusubukan, dapat pang bumaba ang mga gastos.

Pinagmulan: Visual Capitalist

Ang SpaceX ay maaaring ang pinaka-impressive na kumpanya sa kalawakan, ngunit marami ang sumusunod—kasama ang iba’t ibang Chinese rocket companies, parehong pribado at pinondohan ng estado.

Kasabay nito, ang NASA at ang mga kasosyo nito ay nagbabalak bumalik sa Buwan at magtatag ng permanenteng base doon; ang China at Russia ay may katulad ding ambisyon. Sa susunod na dekada, layunin ng SpaceX na makita ang unang mga tao na maglakad sa Mars.

Kaya halos tiyak na makakakita tayo ng mas maraming astronaut sa mga darating na dekada kaysa noong golden age ng eksplorasyon sa kalawakan. Salungat sa 1960s, sila ay maninirahan sa kalawakan sa malalayong habitat, hindi lamang maglalakbay ng ilang araw papunta sa Buwan o manatili sa low Earth orbit sa mga space station.

Ibig sabihin nito ay mas maraming tao, mas malayo, at sa kaso ng Mars, buwanang paglalakbay. Lahat ng ito ay nagreresulta sa pangangailangang suplayan sila ng mamahaling consumables. Binabago nito ang ekonomiks ng pagsuplay sa mga astronaut patungo sa paggawa ng kanilang pangangailangan sa site. Malamang na malaki ang magiging papel ng 3D printing sa pagbibigay ng mga spare parts. At ang pagkain ay kailangang bahagyang itanim sa site.

Bukod sa gastos, ang pagtatanim ng sariwang pagkain sa site ay makakatulong din sa kalusugan ng mga astronaut sa pamamagitan ng pagbibigay ng mataas na kalidad na bitamina C at mga pagkain na mayaman sa antioxidant na kapaki-pakinabang para mabawasan ang panganib ng radiation mula sa cosmic rays at sun storms.

Mga Prototype ng Pagkain sa Kalawakan

Hindi ito bagong konsepto, at ang NASA at iba pang space agencies ay nagsaliksik ng mga ideyang ito sa loob ng ilang dekada. Gayunpaman, ang kakulangan ng espasyo sa ISS ay nangangahulugang sa ngayon, tanging pilot project at prototype lamang ang nasubukan, at walang kasalukuyang plano na mag-produce ng seryosong dami ng pagkain sa kalawakan.

Nasubok na Konsepto #1: Aeroponics na Pagsasaka ng Halaman

Sa pamamagitan ng pagtatanim ng mga halaman nang walang lupa o tubig, ang aeroponics ay isang pamamaraan na tila natatanging angkop para sa weightless na kondisyon tulad ng sa mga space station, kung saan ang likido at alikabok ay seryosong isyu na maaaring magdulot ng short circuit at sunog. Maaari mong basahin kung paano gumagana ang aeroponics at kung paano na ito ginagamit sa Earth sa aming artikulo “Aeroponics – Lahat ng Kailangan Mong Malaman”.

Ang aeroponics ay lalo pang epektibo sa pagtatanim ng sariwang produkto sa rekord na oras at may limitadong espasyo, na ginagawa itong perpekto para sa masikip na kondisyon ng isang spaceship papuntang Mars o isang orbiting space station.

Maaari rin itong magtanim ng napaka-energy-dense na root crops, tulad ng patatas, na madaling kainin nang hindi nangangailangan ng komplikadong pagluluto, salungat sa mga cereal.

Isang prototype na ang nasubukan na sa ISS sa ilalim ng eXposed Root On-Orbit Test System (XROOTS) tech demo program.

Pinagmulan: NASA

Ang mga katulad na sistema ay maaaring magtanim ng sariwang produkto para sa mga astronaut sa mahabang paglalakbay, tulad ng 6-18 buwan papuntang Mars (depende sa propulsion system). Kasama rito ang dati nang nasubukang Veggie (Vegetable Production System), Veggie PONDS, at Plant Habitat-04 (PH-04), na matagumpay na nagtanim ng iba’t ibang halaman, kabilang ang tatlong uri ng lettuce, Chinese cabbage, mizuna mustard, pulang Russian kale, zinnia flowers, trigo, at peppers.

Nasubok na Konsepto #2: Mga Mikroorganismo sa mga Canister

Ang Biological Research in Canisters (BRIC) ay isang programa upang pag-aralan ang mga epekto ng kalawakan sa mga organismo na sapat na maliit upang tumubo sa petri dishes, tulad ng yeast at microbes. Ngunit ang ganitong paraan ng pagtatanim ay magnanakaw ng energy-rich substrates mula sa Earth upang gawing anumang nakakain.

Isang na-update na bersyon, BRIC-LED, ang pinakabagong bersyon, na gumagamit ng karagdagang light-emitting diodes (LEDs) upang suportahan ang biology, tulad ng mga halaman, mosses, algae, at cyanobacteria na nangangailangan ng liwanag upang gawin ang kanilang pagkain. Maaaring patakbuhin ng solar panels o nuclear reactors ang mga LED lamp na ito (katulad ng mga ginagamit sa aeroponics) at magbigay-daan sa on-site na pagtatanim ng pagkain.

Nasubok na Konsepto #3: Inflatable na Greenhouse sa Kalawakan

Ang NASA ay nag-develop din ng konsepto ng inflatable hydroponics greenhouses, na may 18-foot-long, 7-foot-wide, 3-inch-diameter prototype na sinubukan ng Controlled Environment Agriculture Center ng University of Arizona.

Pinagmulan: Inside Hook

Ang function ng inflatable greenhouse ay sumusunod sa prinsipyo ng hydroponics, isang bagay na maaari mong matutunan sa aming dedikadong artikulo “Hydroponics – Lahat ng Kailangan Mong Malaman”.

Para sa unang hakbang ng kolonya, ang mga foldable o inflatable na greenhouse ay marahil magiging magandang opsyon upang makatipid sa bigat at espasyo sa mga transport ship.

Hinaharap na mga Sistema ng Pagkain sa Kalawakan

Kailangan ihiwalay ang tanong ng pagtatanim ng pagkain sa kalawakan depende sa kapaligiran, kung saan ang 3 pangunahing posibleng sitwasyon ay mga space stations/spaceships, Moon Bases, at Mars bases.

Lumilikha ito ng natatanging mga limitasyon na huhubog sa posibilidad ng mga sistema ng pagkain sa bawat kapaligiran nang magkakaiba.

Orbit at Malalim na Kalawakan

Dahil sa espasyo, pati na rin sa mga limitasyon sa bigat (ang mas mabigat na sasakyan ay magsasayang ng fuel), malamang na hindi makakapagtanim ng lahat ng kanilang pagkain ang mga spaceships at space stations. Mas malamang, magre-resupply ang crew kapag nasa orbit ng Earth. Maaari silang magtanim ng limitadong dami ng sariwang pagkain tulad ng leafy greens o microalgae.

Ang microalgae ay magiging lalo pang kawili-wili kung lumabas na ang pinakamahusay na paraan upang protektahan ang crew ng sasakyang papunta sa Mars ay isang makapal na patong ng tubig (ang ilang pagtatantya ay nagsasabing kakailanganin ng 1-meter-deep na patong ng tubig upang protektahan ang crew laban sa cosmic rays at pansamantalang sun storms).

Kaya maaari nating makita ang bawat spaceship at space station na umiikot sa Mars na may radiation shelter room na gumagamit ng maraming tubig. Magiging makatuwiran na gamitin din ang tubig para magtanim ng pagkain.

Ang mga ganitong sistema ay kilala na at ginagamit sa mga laboratory experiment, at mga proyektong tulad ng BRIC-LED ay nagpapakita kung paano i-adapt ang mga ito sa kalawakan at weightlessness.

Pinagmulan: MDPI

Bilang karagdagan, ang limitadong hangin na magagamit ay nangangailangan ng masusing recycling, na maaaring tulungan ng mga halamang nagpo-produce ng oxygen o algae.

Mga Base sa Buwan

Dahil sa posibilidad na magdala ng prefab modules o materyales para sa 3D printing mula sa kalapit na Earth, mas kaunti ang alalahanin sa espasyo. Inaasahan din na ang Buwan ay may ilang tubig na magagamit sa site, kaya ang pagtatanim ay hindi na kailangang magdala ng tonelada ng mabibigat na likido kasama ng pataba upang simulan ang pagtatanim sa orbit.

Ginagawa nitong viable ang ideya ng isang ganap na autonomous na Moon base, kahit na ang populasyon ay nasa daan-daang o libu-libong tao.

Magiging mahusay din itong testing ground para sa lahat ng pamamaraan ng produksyon ng pagkain na kakailanganin sa Mars. Kung sakaling mabigo ang isang buong pananim, ang pagkuha ng emergency food resupply mula sa Earth na 3-araw ang layo ay hindi magiging isyu.

Gayunpaman, ang buwan ay natatangi sa ilang aspeto. Ang gabi ay maaaring tumagal ng napakahaba, na ginagawang imposible ang ideya ng domed greenhouses na umaasa sa natural na liwanag. Dahil dito, malamang na kailangan ng nuclear reactors para mag-supply ng power sa halip na solar panels.

Wala rin itong atmospera, kaya nababawasan ang posibilidad na makakuha ng libreng CO₂ at balansehin ang sobrang oxygen. Kaya, bawat Moon food system ay kailangang maging isang perpektong closed loop.

Gayunpaman, ang Buwan ay may gravity (1/6 ng Earth), na ginagawang viable ang hydroponics o kahit aquaponics upang magbigay ng pananim at kahit karne sa mga astronaut sa mas kaunting labor kumpara sa aeroponics. Maaari mong basahin kung paano pinagsasama ng aquaponics ang aquaculture at hydroponics sa parehong sistema sa aming artikulo “Aquaponics—Lahat ng Kailangan Mong Malaman.”

Mga Senaryo ng Agrikultura sa Buwan

Malamang na itatanim nang lokal ang mga sariwang produkto upang magbigay ng bitamina at moral boost sa mga astronaut.

Hindi pa malinaw kung ano ang magiging bulk ng calories (proteins at carbs). Sa huli, ang ekonomiya ang magdedesisyon kung bahagi lamang o lahat ng pagkain ng mga residente ng Buwan ang ipoproduce sa site.

• Kung mas mura itong dalhin mula sa Earth nang maramihan kaysa magtayo ng malalaking pasilidad ng pagtatanim, tanging sariwang produkto lamang ang itatanim sa Buwan.
• Kung ito ay magiging napakamahal, maaaring semi-automated na aeroponics na patatas, beans, at grain farms ang paraan upang bawasan ang gastos ng operasyon ng mga Moon base.

Mga Base sa Mars

Ang Mars ay napakalayo mula sa Earth. Ang paggawa ng pagkain locally ay magiging parehong pang-ekonomiyang pangangailangan at solusyon sa security risk.

Ipinakita ito nang mahusay sa aklat ni Andy Weir na The Martian, na kalaunan ay ginawang pelikula kasama si Matt Damon, kung saan ang isang stranded astronaut ay nag-resort sa improvised na pagtatanim ng patatas upang mabuhay. At ang pinakamalaking panganib na kinahaharap niya ay hindi radiation, kakulangan ng hangin, o lamig, kundi gutom.

Pinagmulan: Modern Farmer

Ang layunin ng mga Martian base ay iba rin kaysa sa Buwan. Ang panghuling layunin ay ganap na kolonisasyon. Kaya kung ang populasyon ng ilang dosenang daan ng mga astronaut ay maaaring sustentahan sa malaking gastos mula sa Earth, hindi magagawa ito para sa sampu-sampung libo o milyon.

Ibig sabihin, kailangang maging ganap na autonomous ang Mars sa produksyon ng pagkain.

Ang parehong uri ng pagtatanim tulad ng sa Buwan ay posible: large-scale hydroponics o aquaponics. Ngunit dahil ang Mars ay may atmospera at araw na halos eksaktong 24 oras, posible ring magtayo ng surface greenhouses at kolektahin ang CO₂ na kailangan ng mga halaman mula sa manipis na atmospera habang mina ang yelo para sa tubig.

Malamang din na ang Mars ay may, tulad ng Earth, lokal na deposito ng phosphorus, nitrogen, at potassium na maaaring minahin at kinakailangan para sa intensive farming.

Kailangang painitin, patabain, at gawing airtight ang mga greenhouse na ito, ngunit magbibigay ito ng mas epektibo, matibay, at hindi gaanong energy-demanding na paraan ng pagsasaka.

Paggawa ng Mars na Masaganang Lupa

Maaaring makinabang din ang agrikultura sa Mars sa pagtatanim direkta sa lupa, na nangangailangan ng mas kaunting makinarya kaysa sa hydroponics. Ito ay magpapalaya ng kagamitan, labor, at resources para sa ibang gamit.

Isang isyu na kailangang lutasin ay ang Martian soil (regolith) ay mayaman sa hydrogen peroxide (H2O2). Ang napaka-oxidative na kemikal na ito ay maaaring pumatay ng mga halaman at bacteria, lalo na sa konsentrasyon na natagpuan sa Mars.

Sa kabutihang palad, ang peroxide ay maaari ring gamitin upang gumawa ng oxygen. Ipinakita ito sa Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) na sinubukan sa Perseverance rover. Kaya madali nating maisip ang mga susunod na misyon na “mining” ng regolith upang lumikha ng oxygen para sa mga astronaut, pati na rin para magamit sa rocket fuels.

Pagkatapos, ang paggamit ng naprosesong, peroxide-free na regolith ay magpapabago nito sa masaganang lupa para sa mga greenhouse.

Isa pang opsyon ay ang paggawa ng artipisyal na mga pond, marahil sa maliliit na crater, kung saan ang algae, freshwater shells, at isda ay maaaring tumubo “wild” na may minimal na maintenance, basta panatilihin lamang ang greenhouse domes na mainit at airtight.

Iba pang mga Teknolohiya ng Pagkain sa Kalawakan

Sa ngayon, karamihan sa aming tinalakay ay ang pagtatanim ng pagkain sa pamamagitan ng aeroponics, hydroponics, at aquaponics, pati na rin ang sealed greenhouses. Ngunit maaaring tuklasin pa ang ibang opsyon. Isa sa mga ito ay synthetic food.

Noong 2021, mga siyentipikong Tsino nakabuo ng unang paraan para sa artipisyal, cell-free synthesis ng starch (C6H10O5) mula sa CO₂. Dahil ang starch ay pangunahing caloric component ng mga butil tulad ng bigas, mais, at trigo, ito ay karapat-dapat pagtuunan ng pansin. At sa katunayan, ang atmospera ng Mars ay 95% CO₂.

Pinagmulan: Science.org

Gumamit ang sistema ng zirconium-based catalyst at nakamit ang ~8.5-fold na mas mataas na synthesis rate kaysa sa starch synthesis sa mais.

Kaya, marahil ay maisip natin ang isang integrated at automatized module na patuloy na nagsasynthesize ng starch, literal mula sa manipis na hangin. Maaaring magbigay ito ng bulk ng calories na kailangan para sa animal feed o staple ng tao, habang ang tradisyonal na pagsasaka ay magtutuon lamang sa mataas na kalidad at vitamin-rich na pagkain.

Sa anumang kaso, maaari nating isipin na ang mga sistemang ito ay mag-ooperate nang autonomous bago pa man lumapag ang anumang astronaut sa Mars, upang lumikha ng on-site at bago ang paglapag ng napakalaking imbakan ng calories upang maiwasan ang senaryo tulad ng sa The Martian.

May iba pang opsyon din, partikular ang iba pang uri ng synthetic food, kabilang ang mga protina (tingnan sa ibaba ang Solein ng Solar Foods), o lab-grown meat, o meat substitutes tulad ng isang fungi-based meat na sinubukan sa ISS noong 2022, na ginawa ng kumpanyang Nature’s Fynd.

Mga Kumpanya ng Pagkain sa Kalawakan

1. Aleph Farms

Naabot ng Aleph Farm ang paglago ng unang cultivated meat (steak) experiment sa microgravity sa ISS noong Rakia Mission. Dahil anumang anyo ng husbandry ay maaaring imposible sa unang yugto ng kolonisasyon sa kalawakan, malamang na ang karne ay ipoproduce lamang sa ganitong uri ng pamamaraan.

Sa pagkakaroon nang nasubukan ang proseso sa microgravity, ang Aleph Farms ay nangunguna sa karamihan ng iba pang lab-grown meat companies sa space food market. Inaprubahan ng Israel ang kanilang mga produktong karne para sa komersyalisasyon noong 2024.

Ang kumpanya ay nagtatrabaho rin sa pag-produce ng slaughter-free collagen, isang susi na sangkap sa maraming pagkain, cosmetics, at medical products.

2. Solar Foods

Ang kumpanyang ito ay naghahangad na “mag-produce ng pagkain mula sa manipis na hangin”. Itinaas €8 Million sa katapusan ng 2023 upang ituloy ang layuning ito.

Ang konsepto ay gamitin ang kuryente upang hatiin ang tubig sa oxygen at hydrogen at gamitin ang hydrogen, pati na ang atmospheric CO₂ at mineral nutrients, upang pakainin ang mga mikroorganismo na magpo-produce ng tuyong pulbos na binubuo ng 70% protina.

Komersyalisado sa ilalim ng brand na Solein, ang protein source na ito na naglalaman ng lahat ng 9 essential amino acids ay maaaring isama sa iba pang sangkap upang makagawa ng napakamatinding nutrisyon.

Pinagmulan: Solar Foods

Ang kumpanya ay tahasang tinatarget ang space exploration market. Gayunpaman, nakikita rin nila na sa mahabang panahon, maaari nitong baguhin ang produksyon ng pagkain sa Earth, dahil nag-aalok ito ng protein source na napakaepektibo sa pag-convert ng enerhiya tungo sa protina.

“Pinapakain namin ang mikrobyo tulad ng pagpapakain mo ng halaman, ngunit sa halip na diligan at patabain ito, gumagamit kami ng simpleng hangin at kuryente. Sa kasalukuyang proseso namin, ito ay 20x mas epektibo kaysa photosynthesis (at 200 beses kaysa karne).”

<p Nakakuha ang Solar Foods ng unang novel food regulatory approval para sa Solein mula sa Singapore Food Agency (SFA) noong Setyembre 2022.

Pag-aangkop para sa Pagkain sa Kalawakan

Sa buong kasaysayan, ang pagsasaka at nutrisyon ay napilitang mag-adapt sa kanilang kapaligiran. Totoo ito para sa mga magsasaka na nagtatanim ng bigas sa terraces sa Asya hanggang sa mga Inuit na halos eksklusibong umaasa sa diet na batay sa karne.

Hindi magiging iba ang kalawakan, bagaman magkakaroon ito ng natatanging tampok na walang natural na fertility o ligaw na ekosistema. Ibig sabihin, anumang space-based na produksyon ng pagkain ay ganap na aasa sa mga makina o ekosistemang dinisenyo mula sa simula ng mga tao.

Ang mga lubos na compact at epektibong sistema tulad ng synthetic food o aeroponics ay malamang na mangibabaw sa pinaka-hostile na kapaligiran, tulad ng sa mga spaceships o sa walang hangin na Buwan.

Sa mga planeta tulad ng Mars, maaaring maging posible ang isang bagay na mas malapit sa regular na pagsasaka. Ang natural na sikat ng araw ay gagana kasama ng LED lights at ultra-efficient na mga sistema ng pagsasaka sa loob ng airtight, heated greenhouses.

Katulad ng madalas sa mga space technologies, maaaring magkaroon din ang konseptong ito ng malaking epekto sa Earth. Ang pang-araw-araw nating buhay ay gumagamit na ng teknolohiya na unang binuo para sa kalawakan, tulad ng water filters, microchips, cordless tools, scratch-resistant lenses, o smoke detectors.

Posible na sa loob ng ilang dekada, ang synthetic starch at protein, automatized aeroponics farms, at ultra-efficient greenhouses na ilalagay sa mga disyertong rehiyon at Arctic ay idaragdag sa listahang ito.