الزراعة الفضائية

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

تجربة نمو نبات لادا

تشير الزراعة الفضائية إلى زراعة المحاصيل للحصول على الغذاء والمواد الأخرى في الفضاء أو على الأجرام السماوية خارج الأرض - وهو ما يعادل الزراعة على القمر .

تشترك الزراعة على الأجرام السماوية، مثل القمر أو المريخ ، في العديد من أوجه التشابه مع الزراعة على محطة فضائية أو مستعمرة فضائية . ومع ذلك، قد تفتقر الزراعة على الأجرام السماوية إلى تعقيد الجاذبية الصغرى ، اعتمادًا على حجم الجسم. ستختلف كل بيئة في توفر المدخلات لعملية الزراعة الفضائية: المواد غير العضوية اللازمة لنمو النباتات ، ووسائط التربة، والتعرض لأشعة الشمس ، والتوافر النسبي لثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأكسجين، وما إلى ذلك.

مقدمة

نبات الكوسة في مختبر ديستني

إن توفير الغذاء لمحطات الفضاء وغيرها من البعثات الطويلة الأمد أمر مكلف . إذ يحتاج رائد فضاء واحد في محطة الفضاء الدولية إلى "1.8 كيلوغرام من الغذاء والتعبئة والتغليف يوميًا". [1] وبالنسبة لمهمة طويلة الأمد، مثل مهمة المريخ التي تستغرق ثلاث سنوات والتي تضم طاقمًا من أربعة أفراد، يمكن أن ينمو هذا الرقم إلى ما يصل إلى 24000 رطل (11000 كجم). [1]

نظرًا لتكلفة إعادة الإمداد وعدم جدوى إعادة إمداد البعثات بين الكواكب، فإن احتمال زراعة الغذاء أثناء الطيران أمر جذاب للغاية. إن وجود مزرعة فضائية من شأنه أن يساعد في إنشاء بيئة مستدامة ، حيث يمكن استخدام النباتات لإعادة تدوير مياه الصرف الصحي، وتوليد الأكسجين، وتنقية الهواء باستمرار، وإعادة تدوير البراز في محطة الفضاء أو المركبة الفضائية. [2] تنتج 10 أمتار مربعة فقط من المحاصيل 25٪ من الاحتياجات اليومية لشخص واحد، أو حوالي 180-210 جرام من الأكسجين. [3] في الأساس، تحول المزرعة الفضائية المركبة الفضائية إلى نظام بيئي اصطناعي مع دورة هيدرولوجية وإعادة تدوير المغذيات. [4] [5]

بالإضافة إلى الحفاظ على مدة الصلاحية وتقليل الكتلة الكلية، فإن القدرة على زراعة الطعام في الفضاء من شأنها أن تساعد في تقليل فجوة الفيتامينات في النظام الغذائي لرواد الفضاء وتوفير طعام طازج بمذاق وملمس محسنين. حاليًا، يتم معالجة الكثير من الطعام المقدم لرواد الفضاء بالحرارة أو التجفيف بالتجميد . كلتا الطريقتين، في الغالب، تحتفظان بخصائص المعالجة المسبقة للطعام. ومع ذلك، يمكن أن يحدث تدهور الفيتامينات أثناء التخزين. لاحظت دراسة أجريت عام 2009 انخفاضًا كبيرًا في الفيتامينات أ ، ج ، ك ، وكذلك حمض الفوليك والثيامين يمكن أن يحدث في أقل من عام واحد من التخزين. [1] قد تتطلب المهمة إلى المريخ تخزين الطعام لمدة تصل إلى خمس سنوات؛ وبالتالي، ستكون هناك حاجة إلى مصدر جديد لهذه الفيتامينات. [1]

من المرجح أن يكون توفير المواد الغذائية للآخرين جزءًا رئيسيًا من المستوطنات المبكرة خارج الأرض. يعد إنتاج الغذاء مهمة غير تافهة ومن المرجح أن يكون أحد أكثر المهام كثافة في العمل وحيوية للمستعمرين الأوائل. من بين أمور أخرى، تبحث وكالة ناسا في كيفية إنجاز الزراعة الفضائية. [6] [7]

التحديات التقنية

تجربة نمو نبات فول الصويا المتقدمة في Astroculture

سوف يواجه المستعمرون الذين يحاولون ممارسة الزراعة خارج الأرض مجموعة متنوعة من التحديات الفنية. وتشمل هذه التحديات تأثير انخفاض الجاذبية والإضاءة والضغط، فضلاً عن زيادة الإشعاع. [6] ورغم أن البيوت الزجاجية قد تحل العديد من المشاكل التي يفرضها الفضاء، فإن بنائها سوف يأتي مع مجموعة خاصة به من التحديات الفنية. [8] [9]

تتعرض النباتات المزروعة أثناء الطيران لبيئة انعدام الجاذبية ، وتتعرض النباتات المزروعة على سطح المريخ لنحو ثلث الجاذبية التي تتعرض لها نباتات الأرض. ومع ذلك، تشهد النباتات نموًا طبيعيًا نظرًا لتوفير الضوء الاتجاهي. [10] يتم تصنيف النمو الطبيعي على أنه نمو معاكس للجذور والبراعم. ومع ذلك، فإن العديد من النباتات المزروعة في بيئة الرحلات الفضائية كانت أصغر بكثير من تلك المزروعة على سطح الأرض ونمت بمعدل أبطأ. [10]

بالإضافة إلى التأثيرات المتنوعة للجاذبية، فإن النباتات المزروعة على سطح المريخ سوف تتعرض لمستويات أعلى بكثير من الإشعاع مقارنة بالنباتات المزروعة على الأرض ما لم تكن محمية. يمكن أن يؤدي التعرض لمستويات عالية من الإشعاع إلى إتلاف الحمض النووي للنبات، والذي يحدث عندما تستهدف الجذور الهيدروكسيلية شديدة التفاعل الحمض النووي. [11] يؤثر تدهور الحمض النووي بشكل مباشر على إنبات النبات ونموه وتكاثره. [11] يؤثر الإشعاع المؤين أيضًا على وظيفة PSII وقد يتسبب في فقدان الوظيفة وتكوين الجذور المسؤولة عن الأكسدة الضوئية. تختلف شدة هذه التأثيرات من نوع إلى آخر. [12]

كانت بيئة الضغط المنخفض على سطح المريخ أيضًا سببًا للقلق. يمكن أن تؤثر ظروف انخفاض الضغط على معدلات التمثيل الضوئي الصافي والتبخر. ومع ذلك، تشير دراسة أجريت عام 2006 إلى أن الحفاظ على تركيزات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يخفف من آثار ظروف انخفاض الضغط إلى 10 كيلو باسكال لتحقيق نمو طبيعي للنبات. [13]

تحتوي تربة المريخ على غالبية المعادن اللازمة لنمو النباتات باستثناء النيتروجين التفاعلي، وهو نتاج تمعدن المادة العضوية. [14] نظرًا لأن سطح المريخ يعاني من نقص في المواد العضوية، فإن النيتروجين التفاعلي مفقود. النيتروجين التفاعلي هو أحد المكونات المطلوبة للتربة المستخدمة لنمو النباتات، ومن الممكن أن تساعد الأنواع المثبتة للنيتروجين، مثل البكتيريا، في توفير النيتروجين التفاعلي. ومع ذلك، اقترحت دراسة أجريت عام 2014 أن النباتات كانت قادرة على الإنبات والبقاء على قيد الحياة لمدة 50 يومًا على تربة المريخ والقمر باستخدام تربة محاكاة. ومع ذلك، فإن نوعًا واحدًا فقط من الأنواع الأربعة التي تم تجربتها نجح بشكل جيد بما يكفي لتحقيق تكوين الزهرة الكامل، وهناك حاجة إلى مزيد من العمل لتحقيق النمو الكامل. [14]

التجارب

مقابلة مع علماء البستنة بجامعة فلوريدا حول تجاربهم في الزراعة الفضائية
  • يحتوي " GreenHab " في محطة أبحاث الصحراء المريخية في ولاية يوتا على بيت زجاجي مصمم لمحاكاة بعض التحديات الناجمة عن الزراعة على المريخ.
  • يتم استخدام تجربة لادا ونظام الزراعة المعياري الأوروبي [15] على متن محطة الفضاء الدولية لزراعة كميات صغيرة من الطعام الطازج.
  • في عام 2013، قامت وكالة ناسا بتمويل بحث لتطوير طابعة طعام ثلاثية الأبعاد . [16]
  • نظام إنتاج الخضروات التابع لوكالة ناسا، "Veggie"، هو وحدة قابلة للنشر تهدف إلى إنتاج محاصيل من نوع السلطة على متن محطة الفضاء الدولية. [17]
  • تحمل مركبة الهبوط القمرية تشانغ آه 4 في عام 2019 النظام البيئي القمري الصغير، [18] وهو عبارة عن أسطوانة "محيط حيوي" محكمة الغلق تزن 3 كجم (6.6 رطل) ويبلغ طولها 18 سم وقطرها 16 سم وتحتوي على بذور وبيض حشرات لاختبار ما إذا كانت النباتات والحشرات يمكن أن تفقس وتنمو معًا في تآزر.
  • ستحمل مركبة الهبوط القمرية ALINA المستقبلية أسطوانة "محيط حيوي" صغيرة تسمى تجربة نمو النباتات القمرية (LPX)، حيث ستحاول وكالة ناسا إنبات ونمو العديد من أنواع النباتات. [19] [20]
  • كان مشروع EDEN-ISS مشروعًا لمدة 4 سنوات في القارة القطبية الجنوبية في محطة نيوماير الثالثة مصممًا لعرض نظام زراعة النباتات للاختبارات المستقبلية على متن محطة الفضاء الدولية وبيت زجاجي للاستكشاف المستقبلي (FEG) للموائل الكوكبية. تم تمديد المشروع منذ ذلك الحين. [21] [22]

المحاصيل التي تم تجربتها

وقد تم النظر في المحاصيل التالية لاستخدامها في المزارع الفضائية: [3] [23] البطاطس والحبوب والأرز والفاصوليا والطماطم والفلفل الحلو والخس والملفوف والفراولة والبصل والفلفل.

انظر أيضا

مراجع

زهرة زينيا على محطة الفضاء الدولية
  1. ^ abcd Cooper, Maya; Douglas, Grace; Perchonok, Michele (1 مارس 2011). "تطوير نظام الغذاء التابع لوكالة ناسا للمهام طويلة الأمد". مجلة علوم الغذاء . 76 (2): R40–R48. doi : 10.1111/j.1750-3841.2010.01982.x . ISSN  1750-3841. PMID  21535783.
  2. ^ "الورقة البيضاء. مسعى الزراعة الفضائية". الزراعة المفتوحة . 1 (1): 70-73. 26 مايو 2016. doi : 10.1515/opag-2016-0011 . ISSN  2391-9531.
  3. ^ مجلة كيك 9/2015
  4. ^ ماجي ف. و سي. بالود، (2010)، الزراعة الفضائية في ظل الجاذبية الصغرى والجاذبية المنخفضة: دراسة مقارنة لهيدروليكا التربة والكيمياء الحيوية الجيولوجية في وحدة زراعة على الأرض والمريخ والقمر ومحطة الفضاء، بلانيت. علوم الفضاء 58، 1996-2007، doi:10.1016/j.pss.2010.09.025.
  5. ^ ماجي ف. و سي. بالود، (2010)، الزراعة على سطح المريخ: تأثير الجاذبية المنخفضة على تدفق المياه، ودورات المغذيات، وديناميكيات الكتلة الحيوية الميكروبية، التقدم في أبحاث الفضاء 46، 1257-1265، doi:10.1016/j.asr.2010.07.012
  6. ^ ab Moskowitz, Clara (15 May 2013). "الزراعة على المريخ؟ ناسا تفكر في توفير الغذاء لمهمة 2030". Fox News . تم الاسترجاع في 18 مايو 2014 .
  7. ^ ويلر، رايموند م. (10 فبراير 2017). "الزراعة من أجل الفضاء: الناس والأماكن تمهد الطريق". الزراعة المفتوحة . 2 (1): 14-32. doi : 10.1515/opag-2017-0002 . ISSN  2391-9531.
  8. ^ شوبرت، د. (5 أبريل 2017). "تحليل إنتاج البيوت الزجاجية لسيناريوهات المهمة المبكرة لموائل القمر والمريخ". الزراعة المفتوحة . 2 (1): 91-115. doi : 10.1515/opag-2017-0010 . ISSN  2391-9531.
  9. ^ زيدلر، كونراد؛ فراكينج، فينسنت؛ بامسي، ماثيو؛ بوليت، لوسي؛ زابيل، بول؛ شوبيرت، دانيال؛ بايل، كريستل؛ مازوليني، إريك؛ دومورات، نيكو (25 مارس 2017). "وحدة الدفيئة لنظام الفضاء: تصميم الدفيئة القمرية". الزراعة المفتوحة . 2 (1): 116-132. doi : 10.1515/opag-2017-0011 . ISSN  2391-9531.
  10. ^ ab Paul, Anna-Lisa; Amalfitano, Claire E.; Ferl, Robert J. (7 December 2012). "استراتيجيات نمو النبات يتم إعادة تصميمها بواسطة رحلات الفضاء". BMC Plant Biology . 12 : 232. doi : 10.1186/1471-2229-12-232 . ISSN  1471-2229. PMC 3556330. PMID 23217113  . 
  11. ^ ab Esnault, Marie-Andrée; Legue, Florence; Chenal, Christian (2010). "الإشعاع المؤين: التقدم في استجابة النبات". علم النبات البيئي والتجريبي . 68 (3): 231-237. doi :10.1016/j.envexpbot.2010.01.007.
  12. ^ ميكو، فيرونيكا دي؛ أرينا، كارمن؛ بيجنالوسا، ديانا؛ دورانتي، ماركو (1 مارس 2011). "تأثيرات الإشعاع المؤين المتفرق والكثيف على النباتات". الإشعاع والفيزياء الحيوية البيئية . 50 (1): 1-19. doi :10.1007/s00411-010-0343-8. ISSN  0301-634X. PMID  21113610. S2CID  28544281.
  13. ^ ريتشاردز، جيفري ت.؛ كوري، كينيث أ.؛ بول، آنا ليزا؛ فيرل، روبرت ج.؛ ويلر، رايموند م.؛ شوجيرجر، أندرو سي. (1 ديسمبر 2006). "تعرض نبات أرابيدوبسيس ثاليانا للبيئات منخفضة الضغط: الآثار المترتبة على أنظمة دعم الحياة الحيوية المتجددة منخفضة الضغط لمهام الاستكشاف البشري وتشكيل الأرض على المريخ". علم الأحياء الفلكية . 6 (6): 851-866. رمز Bibcode :2006AsBio...6..851R. doi :10.1089/ast.2006.6.851. ISSN  1531-1074. PMID  17155885.
  14. ^ أب واميلينك، غيغاواط ويجر؛ فريسيل، جويب واي؛ كريجنن، ويلفريد إتش جيه؛ فيرويرت، م. ريني؛ جودهارت ، بول دبليو (27 أغسطس 2014). “هل يمكن للنباتات أن تنمو على المريخ والقمر: تجربة نمو على المريخ ومحاكاة تربة القمر”. بلوس واحد . 9 (8): هـ103138. بيب كود :2014PLoSO...9j3138W. دوى : 10.1371/journal.pone.0103138 . ردمك  1932-6203. بمك 4146463 . بميد  25162657. 
  15. ^ "NASA - European Modular Cultivation System". مؤرشف من الأصل في 25 نوفمبر 2010. تم الاسترجاع 22 أبريل 2014 .
  16. ^ "ناسا تمنح 125 ألف دولار لتمويل طابعة طعام ثلاثية الأبعاد". أخبار 3ders . 21 مايو 2013. تم الاسترجاع في 18 مايو 2014 .
  17. ^ "ناسا - نظام إنتاج الخضروات". nasa.gov . تم الاسترجاع في 8 ديسمبر 2017 .
  18. ^ الصين على وشك إنزال بيض حي على الجانب البعيد من القمر أرشيف 2 يناير 2019 على موقع واي باك مشين . ياسمين تاياج، إنفيرس . 2 يناير 2019.
  19. ^ تجربة Lunar Plants LPX. ناسا. تم الوصول إليه في 5 يناير 2019.
  20. ^ الحدود التالية لناسا: زراعة النباتات على القمر. تارون وادوا، فوربس . 2013.
  21. ^ "EDEN ISS | عرض أرضي لتقنيات زراعة النباتات والعمليات في الفضاء" . تم الاسترجاع في 21 يونيو 2021 .
  22. ^ "DLR - Institute of Space Systems - EDEN ISS". www.dlr.de . تم الاسترجاع في 21 يونيو 2021 .
  23. ^ ويلر، رايموند (2010). "النباتات لدعم حياة الإنسان في الفضاء: من مايرز إلى المريخ". علم الأحياء الجاذبي والفضاء . 23 : 25-36.
  • "HowStuffWorks "كيف تعمل الزراعة الفضائية"". science.howstuffworks.com. 28 مايو 2008. تم الاسترجاع في 22 أبريل 2014 .
  • "Advanced Astroculture TM (ADVASC)" مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 7/3/2008. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100426041533/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ADVASC.html
  • "تحليل آلية حسية جديدة في التوجه الضوئي للجذور (Tropi)" مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 21/12/2007. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100203064705/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/Tropi.html
  • "نظام إنتاج الكتلة الحيوية (BPS)" مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 8/2/2008. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100324005944/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/BPS.html#backtoTop
  • الموسوعة البريطانية. "محطة الفضاء الدولية". 2008. (14/5/2008) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/747712/محطة الفضاء الدولية
  • "نظام الزراعة النمطي الأوروبي". وكالة الفضاء الأوروبية . (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20070813142020/http://spaceflight.esa.int/users/index.cfm?act=default.page& level=11&page=fac-iss-dest-emcs
  • فرانزين، هارالد. "الزراعة الفضائية تفرض تحديات". مجلة ساينتفك أميركان. 11/4/2001. (12/5/2008) http://www.sciam.com/article.cfm?id=space-farming-presents-ch
  • هالفورسون، تود. "الخس ومصابيح LED: إلقاء الضوء على الزراعة الفضائية". Space.com. 26/9/2001. (13/5/2008) http://www.space.com/businesstechnology/technology/light_farming_ [ رابط معطل بشكل دائم ] 010926.html
  • كاتايامى، ن. وآخرون. "أكل الحشرات؛ مفتاح الزراعة الفضائية". فريق عمل الزراعة الفضائية. (13/5/2008) [1]. ac.jp/space_agriculture/Archive/PDF/Insect_Eating_ASR2006-g. pdf+eating+insects+space+farming&hl=en&ct=clnk&cd=3&gl=us&client =Firefox-a
  • مانسفيلد، شيريل. "الزراعة المدارية". مركز جون ف. كينيدي للفضاء . 20/10/2005. (14/5/2008) http://www.nasa.gov/missions/science/f_lada.html
  • "التحليلات الجزيئية والفسيولوجية النباتية لتأثيرات انعدام الجاذبية على دراسات الأجيال المتعددة لنبات أرابيدوبسيس ثاليانا (مولتيجين)" مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 21/3/2008. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100918004023/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ Multigen.html
  • "تجربة التمثيل الضوئي واختبار النظام (PESTO)." مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 14/3/2008. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100324005220/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/PESTO.html#top
  • "جهاز المعالجة الحيوية النباتية العامة (PGBA)." مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 12/7/2007. (5/14/2008) https://web.archive.org/web/20100918004023/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ PGBA.html
  • كوين، شيري. "النباتات مهمة في الفضاء كما هي على الأرض". صوت أميركا 8/4/2008. (13/5/2008) http://www.globalsecurity.org/space/library/news/2008/space-080408-voa02.htm
  • أخوات المطبخ . "ما وراء تانغ: الطعام في الفضاء". NPR. 6/7/2007. (5/12/2008) https://www.npr.org/2007/06/07/10792763/beyond-tang-food-in-space
  • "برنامج تحسين ركائز منطقة الجذر (ORZS) للتجارب ذات الجاذبية المنخفضة." مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 28/3/2008. (14/5/2008) https://web.archive.org/web/20100918004023/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ ORZS.html
  • "تسريع العتبة لاستشعار الجاذبية (Gravi)." مكتب علماء برنامج محطة الفضاء الدولية. 1/11/2008. (5/14/2008) https://web.archive.org/web/20100918004023/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ Gravi.html
  • محطة الفضاء الدولية: أول تجربة للزراعة الفضائية
  • بيوت زجاجية للمريخ
  • ضوء الشمس على المريخ: هل هناك ما يكفي من الضوء على المريخ لنمو الطماطم؟
  • حديقة المريخ الحائزة على جائزة
  • علم الأحياء النباتية عند الضغوط الجوية المنخفضة لدعم مرافق نمو النباتات في مدار الأرض أو القمر أو المريخ
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الزراعة_الفضاءية&oldid=1256484463"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate