Le agenzie spaziali che progettano di portare in maniera permanente squadre di astronauti sul suolo lunare, su Marte o in lunghe missioni nello spazio profondo, devono trovare il modo di rifornire gli equipaggi di derrate alimentari, acqua e ossigeno.
Per gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, che ricevono regolarmente rifornimenti dalla Terra, questo non è un problema, ma per le spedizioni verso destinazioni lontane l’autosufficienza sarà essenziale.
BIOWYSE e TIME SCALE sono due progetti sviluppati dal Center for Interdisciplinary Research in Space (CIRiS) in Norvegia e hanno l’obiettivo di fornire agli astronauti un approvvigionamento sostenibile e rinnovabile di acqua potabile e alimenti vegetali, affrontando due dei bisogni più importanti nelle missioni umane di lunga durata.
La Stazione Spaziale Internazionale, distante poche centinaia di chilometri dalla Terra viene rifornita in meno di sei ore da una missione di collegamento, anche se gli astronauti fanno ancora ricorso sulle misure di conservazione mentre sono in orbita.
Circa l’80% dell’acqua a bordo della ISS è ottenuta dal vapore acqueo nell’aria, dall’acqua delle docce e dall’urina riciclate, tutte trattate con prodotti chimici per renderla sicura da bere.
L’approvvigionamento di cibo in autosufficienza è un altro nodo da affrontare. La NASA calcola che ogni astronauta a bordo della ISS consuma 0,83 kg di cibo a pasto, il che equivale a circa 2,5 kg al giorno.
Circa 0,12 kg di ogni pasto provengono dal materiale di imballaggio, per questo ogni astronauta produce quasi mezzo chilo di rifiuti al giorno senza tener conto degli altri “rifiuti” che vengono generati dopo aver mangiato.
La Stazione Spaziale Internazionale si appoggia a costose missioni di rifornimento per il restante 20% della sua acqua e per tutto il cibo necessario. Queste missioni di rifornimento non saranno praticabili se e quando squadre di astronauti si stabiliranno in colonie permanenti sulla Luna e su Marte.
Una missione di rifornimento per una colonia lunare impiegherebbe 72 ore circa ad arrivare, ma impiegherebbe mesi per giungere su Marte e questa non è un’opzione praticabile, troppi i rischi e troppo alti i costi.
Per questo motivo le architetture di missione proposte per la Luna e Marte includono l’utilizzo delle risorse in situ (ISRU), dove gli astronauti useranno le risorse locali per essere il più autosufficienti possibile.
Sulle superfici della e di Marte su raccoglierà ghiaccio per rifornire le scorte di acqua potabile e per l’irrigazione ma le missioni in luoghi nello spazio profondo non avranno questa opzione.
Uno dei due progetti per l’approvvigionamento sostenibile di acqua, è stato sviluppato dal Dr. Emmanouil Detsis e i suoi colleghi e si chiama Biocontamination Integrated cOntrol of Wet Systems for Space Exploration (BIOWYSE).
Questo progetto è iniziato come un’indagine su come conservare l’acqua dolce per lunghi periodi di tempo, monitorarla in tempo reale per rilevare eventuali segni di contaminazione, decontaminarla con luce UV e disporne secondo necessità.
Il risultato è una macchina automatizzata capace di eseguire tutte queste operazioni. Come ha spiegato il dottor Detsis: “Volevamo un sistema dalla A alla Z, dalla conservazione dell’acqua al consumo sicuro. Ciò significa che immagazzini l’acqua, sei in grado di monitorare la bio contaminazione, sei in grado di disinfettare se devi, e infine consegnare la tazza per bere … Quando qualcuno vuole bere acqua, preme il pulsante. È come un refrigeratore d’acqua“.
Oltre al monitoraggio dell’acqua immagazzinata, la macchina BIOWYSE è in grado di analizzare le superfici umide all’interno di un veicolo spaziale per rilevare eventuali segni di contaminazione.
Ciò è importante poiché i sistemi chiusi come i veicoli spaziali e le stazioni spaziali hanno un accumulo di umidità, che può causare l’accumulo di acqua in aree sporche. Una volta recuperata questa acqua, diventa quindi necessario decontaminare tutta quella immagazzinata nel sistema.
“Il sistema è progettato pensando agli habitat futuri“, ha aggiunto il dott. Detsis. “Quindi una stazione spaziale attorno alla Luna o un laboratorio da campo su Marte nei decenni a venire. Questi sono luoghi in cui l’acqua potrebbe essersi depositata qualche tempo prima dell’arrivo dell’equipaggio“.
Il secondo progetto è il Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration o TIME SCALE, ideato per riciclare acqua e sostanze nutritive utili alla crescita delle piante. Questo progetto è supervisionato dalla Dott.ssa Ann-Iren Kittang Jost del CIRiS.
Questo sistema non è dissimile dall’European Modular Cultivation System (EMCS) o dal sistema Biolab, che sono stati inviati all’ISS rispettivamente nel 2006 e 2018 per condurre esperimenti biologici in orbita.
Ispirandosi a questi due sistemi, la dott.ssa Jost e i suoi colleghi hanno progettato una “serra nello spazio” in grado di coltivare piante e monitorarne la salute. Come ha detto: “Abbiamo bisogno di tecnologie all’avanguardia per coltivare il cibo per future esplorazioni spaziali sulla Luna e su Marte. Abbiamo preso l’ECMS come punto di partenza per definire concetti e tecnologie per imparare di più sulla coltivazione di colture e piante in microgravità“.
Allo stesso modo di Biolab e ECMS, il prototipo TIME SCALE si basa su una centrifuga rotante per simulare la gravità lunare e marziana e misurarne l’effetto sull’assorbimento di nutrienti e acqua da parte delle piante.
Questo sistema potrebbe anche essere utile sulla Terra, consentendo alle serre di riutilizzare i nutrienti e l’acqua e una tecnologia dei sensori più avanzata per monitorare la salute e la crescita delle piante.
Queste tecnologie saranno cruciali quando verrà stabilita una presenza umana permanente sulla Luna, su Marte o nello spazio profondo.
Nei prossimi anni, la NASA prevede un ritorno sulla Luna con il Progetto Artemis, che sarà il primo passo nella realizzazione di un programma per “l’esplorazione lunare sostenibile“.
Il progetto di base permanente lunare si fonda sulla creazione di un Gateway orbitale e sul campo base Artemide necessarie per sostenere una presenza umana continuata. Anche le missioni umane su Marte richiederanno la stessa architettura di missione con un habitat orbitale seguito da un campo base sulla superficie.
Con tecnologie in grado di garantire che l’acqua potabile sia sicura, pulita e in costante approvvigionamento e coltivazioni sostenibili gli avamposti e le missioni nello spazio profondo saranno in grado di raggiungere un livello di indipendenza dalla Terra sufficiente.
