Agricultura espacial

La agricultura espacial se refiere al cultivo de cosechas para obtener alimentos y otros materiales en el espacio o en objetos celestes fuera de la Tierra, lo que equivale a la agricultura en la Tierra .

La agricultura en cuerpos celestes, como la Luna o Marte , comparte muchas similitudes con la agricultura en una estación espacial o colonia espacial . Sin embargo, dependiendo del tamaño del cuerpo, la agricultura en cuerpos celestes podría carecer de la complejidad de la microgravedad . Cada entorno presentaría diferencias en la disponibilidad de insumos para el proceso de agricultura espacial: materia inorgánica necesaria para el crecimiento de las plantas , sustratos, insolación , disponibilidad relativa de dióxido de carbono, nitrógeno y oxígeno, etc.

El pionero espacial Konstantin Tsiolkovsky describió el cultivo de plantas en estaciones orbitales en 1933.

El suministro de alimentos a las estaciones espaciales y otras misiones de larga duración es costoso . Un astronauta en la Estación Espacial Internacional requiere aproximadamente 1,8 kilogramos de alimentos y envases por día. ^{[ 1 ]} Para una misión de larga duración, como una misión a Marte de tres años con una tripulación de cuatro personas, esta cantidad puede llegar a 11 000  kg (24 000  lb). ^{[ 1 ]}

Debido al costo del reabastecimiento y la impracticabilidad de reabastecer misiones interplanetarias, la perspectiva de cultivar alimentos en vuelo resulta sumamente atractiva. La existencia de una granja espacial contribuiría a la creación de un entorno sostenible , ya que las plantas pueden utilizarse para reciclar aguas residuales, generar oxígeno, purificar el aire de forma continua y reciclar las heces en la estación espacial o la nave espacial. ^{[ 2 ]} Tan solo 10 m² ^de cultivos producen el 25 % de las necesidades diarias de una persona, o aproximadamente 180-210 gramos de oxígeno. ^{[ 3 ]} En esencia, la granja espacial convierte la nave espacial en un ecosistema artificial con un ciclo hidrológico y reciclaje de nutrientes. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Además de prolongar la vida útil y reducir la masa total, la capacidad de cultivar alimentos en el espacio ayudaría a reducir la deficiencia de vitaminas en la dieta de los astronautas y proporcionaría alimentos frescos con mejor sabor y textura. Actualmente, gran parte de los alimentos suministrados a los astronautas se someten a tratamiento térmico o liofilización . Ambos métodos, en su mayor parte, conservan las propiedades del pretratamiento de los alimentos. Sin embargo, puede producirse una degradación de las vitaminas durante el almacenamiento. Un estudio de 2009 observó disminuciones significativas en las vitaminas A , C y K , así como en el ácido fólico y la tiamina, que pueden ocurrir en tan solo un año de almacenamiento. ^{[ 1 ]} Una misión a Marte podría requerir el almacenamiento de alimentos durante hasta cinco años; por lo tanto, se necesitaría una nueva fuente de estas vitaminas. ^{[ 1 ]}

El suministro de alimentos a otros probablemente será una parte fundamental de los primeros asentamientos extraterrestres. La producción de alimentos es una tarea compleja y probablemente una de las más laboriosas y vitales para los primeros colonos. Entre otros, la NASA está investigando cómo llevar a cabo la agricultura espacial. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Desafíos técnicos

Los colonos que intenten practicar la agricultura fuera de la Tierra se enfrentarán a diversos desafíos técnicos. Estos incluyen el efecto de la gravedad reducida, la iluminación y la presión, así como el aumento de la radiación. ^{[ 6 ]} Si bien los invernaderos podrían solucionar muchos de los problemas que presenta el espacio, su construcción conllevaría sus propios desafíos técnicos. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Las plantas cultivadas en vuelo experimentan un entorno de microgravedad , y las que crecen en la superficie de Marte experimentan aproximadamente un tercio de la gravedad que experimentan las plantas terrestres. Sin embargo, las plantas experimentan un crecimiento normal siempre que se les proporcione luz direccional. ^{[ 10 ]} El crecimiento normal se clasifica como el crecimiento de raíces y tallos en direcciones opuestas. Dicho esto, muchas plantas cultivadas en un entorno de vuelo espacial han sido significativamente más pequeñas que las cultivadas en la superficie de la Tierra y han crecido a un ritmo más lento. ^{[ 10 ]}

Además de los efectos variables de la gravedad, las plantas que crecen en la superficie de Marte estarán expuestas a niveles de radiación mucho más altos que en la Tierra, a menos que estén protegidas. La exposición a altos niveles de radiación puede dañar el ADN de las plantas, lo que ocurre cuando los radicales hidroxilo altamente reactivos atacan el ADN. ^{[ 11 ]} La degradación del ADN tiene un efecto directo en la germinación, el crecimiento y la reproducción de las plantas. ^{[ 11 ]} La radiación ionizante también afecta la función del PSII y puede causar una pérdida de función y la generación de radicales responsables de la fotooxidación. La intensidad de estos efectos varía de una especie a otra. ^{[ 12 ]}

El entorno de baja presión de la superficie de Marte también ha sido motivo de preocupación. Las condiciones hipobáricas pueden afectar la fotosíntesis neta y las tasas de evapotranspiración. Sin embargo, un estudio de 2006 sugiere que mantener concentraciones elevadas de CO₂ _puede mitigar los efectos de las condiciones hipobáricas, incluso a presiones tan bajas como 10 kPa, para lograr un crecimiento vegetal normal. ^{[ 13 ]}

El suelo marciano contiene la mayoría de los minerales necesarios para el crecimiento de las plantas, excepto el nitrógeno reactivo, que es un producto de la mineralización de la materia orgánica. ^{[ 14 ]} Dado que la superficie marciana es deficiente en materia orgánica, el nitrógeno reactivo es escaso. El nitrógeno reactivo es un componente esencial del suelo para el crecimiento de las plantas, y es posible que especies fijadoras de nitrógeno, como las bacterias, puedan contribuir a su suministro. Sin embargo, un estudio de 2014 sugirió que las plantas pudieron germinar y sobrevivir durante 50 días en suelos marcianos y lunares utilizando suelos simulados. Dicho esto, solo una de las cuatro especies experimentadas logró desarrollarse lo suficiente como para formar flores completas, y se necesita más investigación para lograr un crecimiento completo. ^{[ 14 ]}

• El " GreenHab " de la Estación de Investigación del Desierto de Marte en Utah contiene un invernadero diseñado para emular algunos de los desafíos que plantea la agricultura en Marte.
• El experimento Lada y el Sistema Europeo de Cultivo Modular ^{[ 15 ]} en la Estación Espacial Internacional se utilizan para cultivar pequeñas cantidades de alimentos frescos.
• En 2013, la NASA financió una investigación para desarrollar una impresora 3D de alimentos . ^{[ 16 ]}
• El Sistema de Producción de Vegetales de la NASA, "Veggie", es una unidad desplegable que tiene como objetivo producir cultivos de tipo ensalada a bordo de la Estación Espacial Internacional. ^{[ 17 ]}
• El módulo de aterrizaje lunar Chang'e 4 de 2019 lleva el Micro Ecosistema Lunar, ^{[ 18 ]} un cilindro "biosfera" sellado de 3 kg (6,6 lb) de 18 cm de largo y 16 cm de diámetro con semillas y huevos de insectos para probar si las plantas y los insectos podrían eclosionar y crecer juntos en sinergia.    
• El futuro módulo de aterrizaje lunar ALINA llevará un pequeño cilindro de "biosfera" llamado Experimento de Crecimiento de Plantas Lunares (LPX), donde la NASA intentará germinar y cultivar varios tipos de plantas. ^{[ 19 ] [ 20 ]}
• El proyecto EDEN-ISS fue un proyecto de 4 años en la Antártida, en la Estación Neumayer III, diseñado para mostrar un sistema de cultivo de plantas para futuras pruebas a bordo de la ISS y un Invernadero de Exploración Futura (FEG, por sus siglas en inglés) para hábitats planetarios. El proyecto se ha extendido posteriormente. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

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• "HowStuffWorks " Cómo funciona la agricultura espacial " " . science.howstuffworks.com. 28 de mayo de 2008 . Consultado el 22 de abril de 2014 .
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• "Análisis de un nuevo mecanismo sensorial en el fototropismo radicular (Tropi)" Oficina del Científico del Programa de la ISS. 21/12/2007. (14/05/2008) https://web.archive.org/web/20100203064705/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/Tropi.html
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• "Aceleración umbral para la detección gravitacional (Gravi)". Oficina del científico del programa de la ISS. 1/11/2008. (5/14/2008) https://web.archive.org/web/20100918004023/http://www.nasa.gov/mission_pages/station/science/experiments/ Gravi.html

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