Na Uniwersytecie Purdue powstanie centrum, w którym naukowcy i inżynierowie chcą opracować kompletny zestaw technologii, dzięki którym poza Ziemią, na Marsie lub Księżycu, będą mogły funkcjonować samowystarczalne bazy ludzkie. Hodowane rośliny zapewnią mieszkańcom kolonii pożywienie i tlen, mikroorganizmy rozłożą odpadki, a inne biotechnologie pomogą uzdatniać wodę i powietrze.

„To będzie ściśle zamknięte środowisko. Odpady produkowane przez jeden system, zostaną wykorzystane przez kolejny” – mówi Cary Mitchell, dyrektor centrum. Aby nic się nie marnowało, wykorzystane zostaną osiągnięcia biotechnologii. – „Przyspieszymy niektóre procesy, zachodzące normalnie na Ziemi, i w ten sposób będziemy mogli je wykorzystać przy prowadzeniu centrum„.

„Purdue to ważny ośrodek inżynierii i agrotechniki, to idealne miejsce do prowadzenia tego rodzaju badań” – mówi Martin C.Jischke, rektor uniwersytetu. – „Projekt jest dla nas ważny nie tylko z powodu jego wpływu na rozwój eksploracji Kosmosu. Liczymy również na zacieśnienie współpracy z innymi ośrodkami naukowymi„.

Stwierdzenie to dotyczy w szczególności uniwersytetów Alabama A&M in Normal w Alabamie i Howard w Waszyngtonie, które Purdue wybrał na partnerów przy realizacji projektu. Z Howard związani będą inżynierowie związani z projektem, a z Alabama A&M, technolodzy żywieniowi i agrotechnicy.

Uniwersytet otrzyma od NASA 10 milionów dolarów na sfinansowanie pięcioletniego projektu nazwanego Specialized Center of Research and Training for Advanced Life Support. Uniwersytet prowadził już centrum w latach 1990-1995. Przez ostatnie pięć lat, centrum kierował Uniwersystet Rutgers.

Połowa budżetu projektu zostanie przeznaczona na badania nad przetwarzaniem odpadków w przestrzeni kosmicznej. Po 20 procent przeznaczone zostanie na analizy systemów i badania nad produkcją żywności. Pozostałe 10 procent przeznaczone zostanie na edukację i promowanie programu.

Za przetwarzanie odpadów odpowiedzialny będzie James Alleman, za promowanie oraz system oczyszczania wody i powietrza, Kathy Banks. Oboje są profesorami inżynierii cywilnej. Profesor inżynierii chemicznej, Joseph Pekny, będzie odpowiedzialny za analizę systemów.

Alleman skupi się na usuwaniu odpadków ludzkich. Projektuje urządzenie STAR (Solids Thermophilic Aerobic Reactor). Będzie to specjalny reaktor, w którym bakterie rozkładać będą ekskrementy ludzkie, generując przy tym ciepło. Temperatura we wnętrzu będzie sięgała 90 stopni Celsjusza. Mocz zostanie zamrożony a po usunięciu soli pozostanie z niego czysta woda. Technologia ta pochłania dużo mniej energii, niż konkurencyjna, polegająca na gotowaniu.

Banks zajmie się oczyszczaniem powietrza i wody przy użyciu mikrobów. Zaprojektowała w tym celu system BREATHe (Bio-Regenerative Exhaust Air Treatment for HEalth), który będzie służyć zarówno oczyszczaniu wody (użytej do mycia) jak i powietrza.

Spaceflight Now

Zdjęcie przedstawia profesor Kathy Banks stojącą obok zaprojektowanego przez siebie systemu do oczyszczania powietrza i wody BREATHe (bio-regenerative exhaust air treatment for health). Podobne urządzenia mogą być w przyszłości używane w koloniach pozaziemskich.

Jej badania będą polegały na wyhodowaniu odpowiedniego biofilmu, czyli podłoża, na którym będą rozwijać się mikroby, na odpowiednio zaprojektowanej plastikowej strukturze, tak by powietrze i woda mogły swobodnie przepływać przez system. Przyczepione do biofilmu mikroby będą zjadały niepożądane zanieczyszczeni.

Banks będzie również odpowiedzialna za powiadomienie opinii publicznej o osiągnięciach centrum, edukację młodzieży i współpracę ze szkołami. centrum opracuje programy lekcji i materiał do zajęć. Przy pomocy Indiana Space Grant Consortium naukowcy dotrą do szkół podstawowych i średnich, przemysłu czy muzeów.

W centrum zostanie też zaprojektowane urządzenie, które oczyści powietrze i wodę za pomocą promieniowania ultrafioletowego.

Do pozbywania się odpadów roślinnych służyć będą inne technologie. W związku z tym, że dieta ludzi mieszkających w bazie będzie głównie roślinna, pozostanie wiele odpadków takich jak liście czy korzenie, które nie są jadalne. Zostaną one rozłożone przez organizmy lub przeznaczone na pokarm dla rybek Tilapia, które będą mogły stanowić cenne uzupełnienie diety. Naukowcy z Alabama A&M, zbadają jak radzą sobie z rozkładem części roślinnych grzyby.

Dyrektor centrum, Cary Mitchell będzie się również zajmował produkcją żywności dla mieszkańców bazy kosmicznej. W kolonii będzie można hodować na przykład rośliny strączkowe, takie jak soja czy groszek oraz zboża takie jak pszenica czy ryż.

„Podstawą diety wegetariańskiej jest odpowiednie połączenie roślin strączkowych i zbóż” – mówi Mitchell. – „Rośliny te zawierają różne substancje i jeśli je połączyć, otrzymujemy całkiem zdrową dietę„.

Sezonowo, mieszkańcy bazy będą mogli też uprawiać ziemniaki, sałatę czy pomidory.

„Chcemy opracować energooszczędną technologię dostarczania roślinom światła za pomocą kolorowych diod” – mówi Mitchell. – „Diody będą się znajdować bezpośrednio koło roślin i będą na tyle chłodne, że zetknięcie się ich z liśćmi nie będzie niczym grozić. Kolor światła może odpowiadać długości fal absorbowanych przez pigmenty fotosyntetyczne roślin„.

Naukowcy skopią się na przebadaniu około 15 gatunków roślin. Pytania na jakie muszą znaleźć odpowiedz są różnorodne. Jak przechowywać rośliny, tak by się nie zepsuły? Ja przeprowadzić hodowlę hydroponicznie (bez udziału gleby)? Jaki wpływ będzie miała mniejsza grawitacja?

„Musimy wyliczyć, jaką powierzchnię powinna zajmować uprawa zboża dla sześcioosobowej załogi kolonii marsjańskiej” – mówi Mitchell. – „Kiedy zboża dojrzewają i brązowieją, proces fotosyntezy ustaje i rośliny zużywają tlen, którym oddychają ludzie, a już go nie produkują. Nie wszystkie mogą więc dojrzewać jednocześnie. Wszystko musi być wyliczone. Musimy przeprowadzić odpowiednie wyliczenia dla każdej uprawy, tak by poziom tlenu był zawsze bezpieczny, a potem zaproponować odpowiednio zbalansowaną dietę„.

Joseph Pekny opracuje modele matematyczne, które pozwolą znaleźć najlepsze rozwiązanie. W ten sposób będzie można ograniczyć liczbę eksperymentów przy projektowaniu danych instrumentów jeszcze zanim zostaną zbudowane.

Zadanie moje i moich współpracowników będzie polegało na wyszukaniu metody najlepszej dla każdego działu, a potem połączenie systemów w jeden sprawnie działający” – wyjaśnia Penky.

Naukowcy związani z centrum są zdania, że do powstania pierwszych kolonii na Marsie dojedzie już w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat.