Їжа на Марсі, завдання, яке ми можемо зрозуміти - дослідження космосу
Закони Кеплера накладають обмеження на подорож із Землі на Марс, жодне відправлення на Марс не може здійснюватися поза стартовими вікнами, відкритими з Землі кожні 26 місяців. У кулуарах цих вікон витрати енергії на транспорт дуже швидко стають надмірними, перш ніж бути технологічно абсолютно неможливими. Більше того, враховуючи вантажопідйомність наших ракет, немислимо перевезти всю або навіть значну частину маси харчових продуктів, необхідних для синодичного циклу, до установи з кількома десятками людей. Наслідком цього є те, що майже всю їжу людської колонії на Марсі доведеться виробляти на Марсі.
Вирощувати тварин складніше, ніж вирощувати рослини, і неможливо вирощувати чи вирощувати щось поза середовищем, що знаходиться під тиском. Отже, виробництво їжі буде по суті рослинним, і його доведеться практикувати в теплицях, акваріумах і, до речі, в обслуговуваних місцях проживання, спеціалізованих для дрібних тварин. Виробники продуктів харчування матимуть три цілі: кількість, різноманітність, органолептичну якість та три особливі міркування: підтримувати здорове середовище для своїх продуктів (усі вони будуть живими істотами), максимум енергії та якості дієти при мінімальному обсязі та масі їжі. споживач, мінімальна кількість відходів, що не можна багаторазово використовувати.
Марс має величезні переваги перед іншими місцями поза Землею: (1) він пропонує мінімальну гравітацію (0,38 г), що дозволяє вертикальність і потік води; (2) опромінення Сонця (“опромінення”) на його орбіті (від 492 до 715 Вт/м 2 проти 1321 до 1413 для Землі) є таким, що варто використовувати природне світло; (3) його добовий ритм, з ночами прийнятної довжини (на відміну від Місяця), сприятиме вирощуванню вищих рослин та тваринництву; (4) майже 96% його атмосфери становить вуглекислий газ, який необхідний рослинам; (5) у багатьох місцях є водяний лід, включаючи міжтропічну зону; (6) азот може бути вилучений з атмосфери.
Виробництво їжі буде не так просто на Марсі, як на Землі, але ми можемо це зробити. Давайте побачимо різні важливі моменти:
(1) занадто низька атмосферна щільність (менше сотої від площі Землі, в середньому 6 мілібар на середньому рівні висоти - "Дата"), дихаючі атмосферні гази, що містяться в теплицях, повинні бути під тиском, це зазвичай практикується; контрольована складність полягає у різниці тиску між зовнішнім та внутрішнім елементами, отже, ризики витоків та ризики структурної слабкості теплиць. Чим більше ми зменшуємо цю різницю, тим краще.
(2) більшості живих істот потрібен кисень, і цей газ потрібно буде виробляти на Марсі, а потім випускати в теплиці; його можна отримати з CO 2 в атмосфері (реакція Сабатьє, з додаванням водню з марсіанського водного льоду, але також завдяки "природній" роботі спіруліни - див. нижче). Примітка: Термічне розкладання CO 2, занадто дорогого в енергії, виключається.
(3) Потрібно забезпечити хорошу атмосферну «суміш» для рослин; нам доведеться підтримувати кількості та відсотки, порівнянні з тими, що маємо на Землі, кисню близько 21%, тому що ми повинні уникати гіпероксії, а також гіпоксії, вуглекислого газу до 1000 ppm (приблизно 1% від наземної суми), але не всі час (це оптимум для фотосинтезу ... коли світла достатньо, але потреби змінюються залежно від світла та розвитку вегетативного циклу протягом сезонів). Рішенням для підтримання кількості цих двох газів при зниженні тиску є підтримка їх оптимальних кількостей в абсолютних значеннях і зменшення кількості азоту, буферного газу, нейтрального. Таким чином, ми могли б знизитися до 0,52 бар. При мінімальній кількості нейтрального газу ризик пожежі стає занадто великим, а кисень - надто агресивним для дихальних систем. Зверніть увагу, що 1000 проміле вуглекислого газу є дійсними для рослин, але не для людей чи тварин (нинішні рівні на Землі 400 проміле, і це історично високий показник).
(4) може бути недостатньо природного світла протягом довгих місяців південно-марсіанської зими (опромінення падає нижче 500 Вт/м 2) або під час пилових бур; тому його слід доповнювати штучним світлом (що представляє енергетичні витрати); ми оцінюємо (робота Річарда Хайдмана) середню потужність допоміжного освітлення, необхідну для 1000 жителів, при 15 МВт (кілька тисяч лампочок!);
(5) середня температура на Марсі холодна, і тому теплиці потрібно буде опалювати (що також коштує енергії!); не незначну частину необхідної теплової потужності можна видобути з «холодного» джерела ядерних генераторів, основна енергія якого жителям доведеться вдаватися;
(6) у теплицях обсяги, доступні для росту рослин, будуть обмежені; тому нам доведеться вирощувати рослини з найкращим співвідношенням обсяг + маса до харчової цінності або розводити тварин з найвищою харчовою цінністю відносно їх маси;
(7) з тієї ж причини (зменшений обсяг обслуговування) мікробні інфекції можуть поширюватися дуже швидко, і нам доведеться бути дуже обережними з мікробним забрудненням.
Першими організмами, які нам доведеться культивувати, будуть спіруліна, зелені водорості, які є бактеріями, дихають вуглекислим газом і виділяють кисень. Цей кисень використовуватиме все живе, включаючи вищі рослини, тварини та люди, які ним дихають. Їх органічні метаболічні відходи будуть використовуватися для харчування нових живих істот, які в свою чергу будуть використані. Підводячи підсумок, нам доведеться спробувати якнайкраще відтворити в умовах обмеженого середовища проживання людей, теплиць, водойм та середовищ існування тварин "альтернативну мікроекологічну систему життєзабезпечення". Це саме те, над чим працюють команди програми MELiSSA (ESA/ESTEC), і це найкраща концепція, яку можна собі уявити, підтримувати рівновагу в динамічному циклі, тобто без необхідності залучати щось інше ззовні до підтримувати його (бажаною перевагою є відсутність - або принаймні мінімум - імпорту хімічних речовин із Землі).
Більшість продуктів, що споживаються і засвоюються та засвоюються людиною, будуть овочі, злаки та/або псевдозернові (лобода) та дрібні фрукти (ягоди), а також спіруліна, вже згадана для кисню (дуже багата білками, незамінні амінокислоти і цілком прийнятної органолептичної якості). Але рибу (тилапію) можна вирощувати досить рано у ставках (вода яких могла б діяти як фільтр проти радіації), і з роками ми могли б імпортувати птицю (на яйця!) І дрібних тварин, кроликів та, в ідеалі, але це буде важче бути козам (молоко та сир!) та/або свиням (м’ясо). Основними занепокоєннями щодо наземних тварин є багато місяців, необхідних для подорожей (обмежений доступний простір і необхідність відновити мінімальну штучну гравітацію під час польоту - ми сподіваємось, зможемо це зробити!) І, весь час, потреба брати участь турбота про своє мікробне середовище, мікробіоти та мікробіоми (всередині та зовні тварин) стосовно рослинних та людських істот.
Ризики заразних захворювань будуть викликати велике занепокоєння, оскільки їх поширення буде дуже легким та швидким через обмежені обсяги житла (відсутність буферного ефекту, спричиненого великими обсягами). Отже, надзвичайно важливим буде мікробний контроль (скрізь повинні бути біологічні сенсори), контакти між живими істотами (а точніше їх мікробіомами) повинні бути максимально обмежені, що означає, що культури роботизовані (землеробство людської руки відпочинок не рекомендується). Повинно бути якомога більше теплиць, акваріумів або місць існування тварин, і вони повинні бути добре відокремлені один від одного (шлюз). Треба буде знайти баланс відповідно до наших технологічних можливостей для будівництва теплиць та ефективності роботи роботів відповідно до обсягів, що підлягають обробці.
Окрім самого вирощування, ще однією проблемою буде адаптація ритму виробництва до харчових потреб жителів протягом усіх синодичних циклів, оскільки їжа швидко псується! Правильне зберігання є першим рішенням, і в цьому відношенні вакуумне пакування та заморожування буде легко досяжним. Окрім цього, переваги додаткового штучного світла та, загалом, управління середовищем росту в різних місцях, що обслуговуються, дадуть можливість адаптувати кількість та надавати перевагу певній довжині хвилі із спектру (вибір синього або червоного ) світла, температури, вологості, циклу та конкретних потреб кожної рослини. У нас буде полуниця та помідори взимку та яблука влітку, гнучкість може бути легко розширена до будь-якого сорту (хоча ми воліли б не витрачати занадто багато енергії протягом південної зими).
Відходи - останнє питання, яке слід розглянути. Враховуючи дефіцит органічних речовин на Марсі, метою буде повне відновлення та переробка. Тому ми встановимо ціль «нульових витрат», але її, очевидно, буде важко досягти (ми, безумовно, знаходимося на асимптотичній кривій). Нітрифікація метаболічних відходів або неспоживаних частин рослин (і тварин!) Буде здійснюватися в циклі системи життєзабезпечення, а системи збору доведеться адаптувати; коли тварин можна вирощувати, кози (або свині) будуть споживати багато того, що люди не можуть; інші відходи можуть бути перетворені хімічним або фізичним процесом (стержні, черепашки, ядра, черепашки, кістки), перетворені, стиснені для отримання різноманітних корисних предметів або (органічні матеріали) використані для початку вдосконалення деяких ділянок марсіанської землі, звільнених від їх перхлоратів.
Прийнятна їжа є важливою частиною привабливості тривалого перебування на Марсі (18 місяців). Це оцінять усі жителі, особливо туристи, які, як очікується, забезпечать значну частку доходу колонії. Ми повинні мати можливість задовольнити їх якомога швидше (можливо, з третього синодичного циклу - менше 8 років - після першої поїздки). Це одне з міркувань, яке слід взяти до уваги для створення економічно вигідної марсіанської бази.
Назустріч замкнутому циклу системи життєзабезпечення:
Сільськогосподарське виробництво в закритому, штучному та ізольованому середовищі Жан ДУНГЛАС, член Французької сільськогосподарської академії. Рукопис переглянуто 31 травня 2018 р. - Опубліковано 14 червня 2018 р
ESTEE, Підприємства технічних екосистем Землі: http://est2e.com/
Вибране зображення: Інтер’єр міської ферми Skygreens у Сінгапурі, Credit Sky Urban Solutions, Сінгапур.
Щоб (пере) знайти статтю в цьому блозі на тему, яка вас цікавить, натисніть на: