宇宙農業の仕組み

重要なポイント

地球上の居住可能な土地がますます使い果たされていく中、私たちはどこに家を建て、近隣を拡大するのか考えたことはありますか?おそらく宇宙が次の郊外になるでしょうか？しかし、子供たちを銀河系のスクールバスに送り出す前に、食料の栽培など、宇宙での日常の作業を達成するための新しい方法を考え出さなければなりません。国際機関は、地球外で人類の生命を維持するための開発に時間とリソースを費やしています。宇宙計画の目標には、今後の月への帰還と最終的な月への定住、そして保留中の火星への有人航海が含まれます。

国際宇宙ステーション( ISS ) は、人間を長期間宇宙に送り出す際の重要な課題を研究するための協力的なプラットフォームを提供します。そして、研究者は、宇宙での長時間飛行や恒久的な生息地が実現する前に、これらの課題を克服する必要があります。

宇宙飛行士イメージギャラリー

人類が地球からの絶え間ない接触なしに宇宙で生き残るためには、宇宙農業についてのさらなる理解が必要です。宇宙農業とは、単に宇宙で植物を栽培することを指します。一見すると、これはそれほどトリッキーではないように思えるかもしれませんが、宇宙の固有の特性と、その環境を旅行したり生活したりする私たちの能力により、状況は非常に複雑になります。

幸いなことに、ISS には、さまざまな科学および工学分野を専門とする世界中からの宇宙飛行士(グリーンサムは必要ありません) のチーム全体がいます。宇宙飛行士は実験を行い、宇宙での植物栽培や他の多くの重要な科学分野に関する知識を向上させます。地球に滞在している研究者や科学者は、結果を分析して独自の実験を行い、新しい理論とテスト可能な解決策を考え出します。

宇宙農業における専門家たちの進歩を調べる前に、彼らが直面している障害についてもう少し深く掘り下げてみましょう。

宇宙農業の課題

宇宙農業の課題を理解するために、宇宙での植物の成長に影響を与えるいくつかの要素を考えてみましょう。

重力の減少

現在の宇宙農業実験では、微小重力（重力がほとんどまたはまったくない環境を表す用語）における農業のさまざまな側面を調査しています。これらの実験は、地球よりも重力レベルが大幅に低い月や火星の表面で農業を行う場合に役立つ可能性があります。植物は、根や茎の向きなど、成長の側面を重力からヒントを得ます。科学者たちは、植物がより低い重力レベルでも適切に成長できるかどうか、またその重力レベルが一体どのようなものかを分析しています。

人工照明

地球上のほとんどの植物は、大量の自然太陽光にアクセスでき、その光に向かって成長しますが、研究者は、これと同じ行動をとるために宇宙で成長する植物を騙さなければなりません。成長チャンバー内の照明の選択は、いくつかの理由から重要な考慮事項です。宇宙では資源が限られているため、エネルギーを効率的に使用することが重要です。出力を最大化しない電球にエネルギーを無駄にすることはできません。さらに、照明の種類が異なれば発生する熱のレベルも異なるため、余分な熱は宇宙船が排除しなければならないものです（研究者は熱の発生が少ない電球を好みます）。さらに、宇宙飛行士には予備の電球を持ち運んで宇宙空間を移動する余裕がないため、発光ダイオード ( LED ) などの持続力のある光源が必要です。

さまざまな発根材

重力が発根材の機能に影響を与える可能性はほとんどありません。水と空気の配分に関しては、異なる発根材料と土壌が他のものより優れています。これらは両方とも植物の成長を成功させる鍵となります。宇宙では、粒状の土壌は水の飛散を引き起こし、細かい土壌は空気の流れを妨げる可能性があります 。研究者たちは、粘土粒子、水耕栽培、ピートモスのような素材など、多くの可能性を実験しています。

汚染物質

植物は宇宙船内の空気、湿度、微重力という地球とは異なる条件を利用して成長します。研究者らは、宇宙からの汚染物質や危険生物がこれらの宇宙で育った植物に影響を与え、人間が摂取できなくなるかどうかを研究している。彼らの遺伝コードの変化は、別の形で有害となる可能性があります。宇宙飛行士がこの植物を持ち帰って、地球上で栽培されている植物と混ぜ合わせれば、宇宙版の葛が誕生する可能性がある。クズ (プエラリア モンタナ)は、1800 年代後半に日本から米国に持ち込まれた外来種の植物です。

利用可能なスペースが限られている

宇宙船の閉じ込められた空間は、地球上の起伏に富んだ広大な農地とは大きく異なります。研究者は、限られたスペースで作物の成長に合わせて保持できる、効率的で合理化された装置を開発する必要があります。栽培機械は自動である必要があり (または少なくともその機能があり)、散水、湿度、照明、空気循環、栄養素の供給を調整できなければなりません。これらの栽培機械は、二酸化炭素と酸素をうまく交換するために生命維持システムと統合する必要もあります。

それでは、宇宙飛行士はいつ宇宙初のサラダバーを訪れることができるのでしょうか？研究者が宇宙農業がもたらす障害を理解し、克服するために努力するには、しばらく時間がかかるかもしれません。次のページを読んで、彼らの研究と、昆虫が将来の宇宙食になる可能性がある理由を学びましょう。

宇宙農業研究

宇宙農業の研究は通常、可食部分の収量が高く、狭いスペースでも繁栄できる植物に焦点を当てています。研究者たちは、ターレクレソン、レンズ豆、小麦、葉物サラダ植物、菜の花、大豆など、さまざまな植物を宇宙で栽培し始めています。

そして研究者たちは、これらの植物を使って、将来の宇宙農業活動がどのように機能するかを決定しています。植物は依然として、水、二酸化炭素、栄養素など、地球上で受け取るすべての基本的なものを必要としています。植物は重力がほとんどなくても生きられますが、成長の問題を防ぐために、少なくとも少量の重力があることが最善です。機械的な遠心分離機によって生成される人工重力は、この問題の解決に役立ちます。人工重力の量と持続時間を制御する実験は、研究者が重力が根の成長方向にどの程度影響するかを判断するのに役立ちます。幸いなことに、月と火星の両方にはある程度の重力があり、これらの天体で植物の生命を維持するのに役立ちます。

これまでの研究結果はまちまちです。場合によっては、栽培して ISS から持ち帰った植物や種子が地上の対照群と同じだった。他の実験では、それらは同様でしたが、わずかに背が高かったり、大きかったりしました。さらに多くのテストで、研究者らは微小重力下で栽培された植物と通常の重力下で栽培された植物の間に大きな違いがあることに気づきました。

たとえば、 NASA のバイオマス生産システム (BPS) を研究した結果では、2 組の植物は同様に成長しましたが、ISS で成長した未熟な種子の成長速度は異なることがわかりました。対照群の種子発育速度はすべて同じでした。 ISS 苗木中の種子タンパク質や可溶性炭水化物などの要素は、地上対照群とは異なるレベルで存在していました。研究者らは、これによって宇宙で栽培された食品の味が変わる可能性があると指摘した。

ただし、さまざまな実験における制御要素（温度、光、湿度など）の多様性、さまざまな栽培装置、および植物の栽培が単純に難しいという事実により、混合結果が説明される可能性があることに注意することが重要です。育つ。

宇宙農業研究の試みを調べたところで、なぜこの研究が将来の宇宙探査にとってそれほど基礎的なのかを詳しく見てみましょう。

宇宙農業の影響

NASAやその他の宇宙機関が実施する研究の多くは宇宙計画にとって重要ですが、宇宙農業の影響は地球に多くの現実の応用をもたらします。

宇宙で農業をする方法を学ぶ主な利点と目的は、長期的な宇宙探査を可能にすることです。宇宙飛行士が再生可能な食料源を手に入れることが重要です。 1 年間の休暇に行き、食べる予定だった食事をすべて詰め込まなければならないことを想像してみてください。車は食料品でいっぱいになるでしょう。

植物は他の方法でも生命維持システムを支援できます。これらは水を浄化し、二酸化炭素を酸素にリサイクルするために使用できます。植物が十分な規模で栽培されれば、宇宙船やコロニーの設計に大きな影響を与える可能性があります。

ここ地球に戻ると、宇宙農業の影響により、私たちの農業に関する知識が広がるでしょう。研究者らは、宇宙の過酷な気候での食料栽培について学んだことを、地球上の同様に困難で厳しい気候にも応用したいと考えている。彼らは植物がどのように成長するかについて詳細な情報を収集しており、土地が不足し肥沃度が低下する中でこの情報が役立つことを期待しています。目標には、より高品質の作物、より高い作物収量、より適切に管理された農業システムと温室が含まれます。

宇宙農業は、ここ地球上で他にもいくつかの驚くべき有用な応用をもたらしています。 1 つは、紫外線を使用してエチレンを二酸化炭素と水に変換するBio-KESと呼ばれる特殊な装置です。エチレンは植物を成熟させ、最終的には腐敗させます。食品保管ユニットや陳列ケースに使用される Bio-KES のような装置は、農産物、花、その他の生鮮食品の保存期間を延ばすのに役立つ可能性があります。紫外線には、廃棄しなければならない腐った食べ物の量を減らすのに役立つだけでなく、他の用途もあります。また、炭疽菌などの病原体を殺し、傷の治癒を早め、一部のがん治療の効果を高めるためにも使用できます。

予期せぬ結果をもたらす可能性のある別の分野には、植物の細胞壁の研究が含まれます。宇宙農業を通じて、科学者は植物がどれだけ丈夫に成長するかを制御し調整する方法を発見するかもしれません。一部の植物は、耐候性の向上に関してこの研究から恩恵を受ける可能性があります。さらに、細胞壁の強度が低い木は成長が早く、紙に加工するのがより簡単かつ安価になるでしょう。これらの遺伝子組み換え樹木は、紙生産のための信頼できる急速に成長する資源となり、森林破壊を遅らせるのに役立つ可能性があります。

最後に、植物は精神を改善するようです。ガーデニングをしたり、公園を散歩したりすると、地球上で良い気分になれるのと同じように、ISS に乗って宇宙に住む私たちにも同じことが当てはまります。植物と緑豊かな環境は、感覚を刺激し、心を落ち着かせる効果をもたらします。たとえば、宇宙飛行士はコロンビア号事故で同僚が亡くなった後、治療器具として植物を使用しました。研究者らは、各宇宙飛行士がガーデニングや植物の育成に費やす時間を追跡することで、植物の心理的影響を研究する予定だ。

宇宙農業は、火星の険しい地形で私たちが将来生き残れる可能性と、増え続ける地球の人口を養う能力に影響を与えるだろう。宇宙農業の詳細については、次のページのリンクを参照してください。