La cosa más importante que necesitaremos para sobrevivir en el espacio
por Maddie Stone
por Maddie Stone
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| Jardines espaciales en la película Sunshine (2007) (Crédito: motherboard.vice.com) |
Ninguno de nosotros estaría vivo hoy sin plantas, y si los seres humanos quieren sobrevivir fuera de la Tierra a largo plazo, tendremos que traer nuestras verduras de hoja verde con nosotros. Eventualmente, los astronautas van a tener que convertirse en agricultores espaciales.
En primer lugar, está el argumento obvio para el cultivo de plantas en el espacio: a menos que queramos empacar suficientes barras de proteínas empaquetadas para que duren hasta el fin del tiempo, vamos a necesitar un suministro de alimentos auto-reposicionante. Pero hay una razón aún mayor para traer vida vegetal con nosotros en el vacío cósmico, y tiene que ver con convertir nuestras naves espaciales en ecosistemas. Necesitamos plantas para conservar y reciclar recursos, ayudando a mantener una atmósfera respirable y un suministro de agua potable.
Mucho más fácil decirlo que hacerlo. Con el fin de construir un invernadero espacial que eventualmente no nos mate, primero tenemos que entender cómo las plantas se ganan la vida y cómo han dado forma a nuestro planeta. Entonces tenemos que hacer frente a algunos de los extraños desafíos de la vida en un ambiente cerrado.
Cómo la vida vegetal hizo habitable la Tierra
Hay mucho en el planeta Tierra que damos por sentado. Oxígeno para respirar. El agua para beber. Productos químicos invisibles en nuestra atmósfera que mantienen la tierra cálida, otros que impiden que el sol nos fría. La Tierra es nuestro acogedor mármol azul, pero la vida en este planeta no siempre ha sido un día de campo. De hecho, durante gran parte de su historia, el mundo que llamamos hogar era un páramo cubierto de una desgraciada, delgada atmósfera asfixiante, inundada de la esterilizante radiación UV.
Fueron los ancestros de las plantas -las cianobacterias que utilizan la misma maquinaria de la fotosíntesis- que primero comenzaron a transformar la Tierra en algo habitable para los animales como nosotros. Comenzando hace unos 2,3 hasta 2,7 mil millones años, y con una duración de casi mil millones más, las cianos llenaron nuestra atmósfera con oxígeno, un producto de desecho de la fotosíntesis, ya que absorbían el dióxido de carbono y luz solar para producir azúcar. Cuando las plantas más complejas entraron en escena hace unos quinientos millones de años, tomaron el relevo de la fotosíntesis y comenzaron a dar forma a nuestra atmósfera más dramáticamente, absorbiendo mayores cantidades de carbono y escupiendo aún más oxígeno.
Con el tiempo, la atmósfera se hizo rica en oxígeno, suficiente para que los animales grandes y complejos con altas tasas metabólicas (como nosotros) evolucionaran y se extendieran por todo el planeta.
Esa es toda historia antigua, y usted podría preguntarse lo que tiene que ver con los jardines espaciales. La respuesta es, todo. La fotosíntesis mantiene nuestra atmósfera en equilibrio. Es la razón por la que vivimos en un mundo que no se queda sin oxígeno y en el que el CO2 que exhalamos no se acumula hasta el punto de que todo el mundo se asfixie (los océanos ayudan a bajar el CO2, así, y sobre escalas de tiempo mucho más largas, también lo hace la corteza terrestre). Estas pueden parecer grandes preocupaciones abstractas, pero esté seguro, si estuviéramos atrapados en un metal sellado, no lo serían.
Por supuesto, eso es no decir nada del hecho de que la fotosíntesis es la base de casi toda la red alimentaria en nuestro planeta. Si usted nunca ha agradecido a una planta por salvarlo de la asfixia y del hambre, puede ir a hacerlo ahora.
Es evidente, entonces, que las plantas ofrecen algunas ventajas -sin ellas nuestros hábitats espaciales necesitarían un medio artificial para la reposición de su atmósfera, lo que costaría preciosa energía y recursos. Pero las plantas son un arma de doble filo. Mantienen la biosfera de la Tierra en equilibrio, pero en un espacio más reducido, los gases que se intercambian pueden ponerse fuera de control rápidamente.
Es decir, no podemos simplemente reunir un montón de plantas de tomate y lámparas para el crecimiento en la bodega de carga y esperar a que el medio ambiente de nuestra nave espacial funcione sin problemas. Los ambientes cerrados deben ser abordados muy científicamente, como estos dos relatos aleccionadores ayudan a ilustrar.
Biosfera 2 y Mars One
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| Crédito: ted.com |
Tal vez el más ambicioso ecosistema humano cerrado jamás concebido (y sin duda el más grande) es Biosfera 2, un complejo de investigación del sistema Tierra de 3,14 acres ubicado en el desierto fuera de Tucson, Arizona. Construido a principios de los años 90 por la compañía ya desaparecida Space Biosphere Ventures, este masivo complejo de vidrio y metal de efecto invernadero, lleno de "biomas" representativos de todo el planeta, fue destinado a servir como una simulación para futuros hábitats espaciales. Fue construido como un sistema materialmente cerrado, es decir, no hubo intercambio de atmósfera o de agua con el mundo exterior, sólo la luz del sol.
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| Crédito: skyatnightmagazine.com |
A lo largo de los dos años que duró el experimento viviente, los niveles de CO2 en el hábitat fluctuaron en hasta 600 partes por millón cada día, gracias a la reducción de carbono durante las horas de sol por la fotosíntesis, y su posterior liberación en la noche a través del metabolismo de la planta (la concentración de CO2 en la atmósfera de la Tierra hoy en día se encuentra por encima de 400 ppm). El CO2 también varió estacionalmente con la disponibilidad de luz, alcanzando concentraciones máximas de 4.500 ppm en el invierno y 1.000 ppm en el verano. La mayor parte de la vida vertebrada del complejo y los insectos polinizadores murieron, mientras que las poblaciones de hormigas y cucarachas explotaron. la flores glorias de la mañana amenazaban con ahogar a todas las otras plantas. Los sistemas de filtraciones estaban obstruidos, y la inesperada condensación dejó empapado al desierto.
Para peor, las concentraciones de oxígeno en la instalación cayeron de manera constante, de un saludable 20% desde el principio hasta el 14,5% a los 16 meses, en más o menos equivalente a los niveles de oxígeno a una altitud de 13.400 pies. Cuando los medio muertos de hambre biosferinautas comenzaron a sufrir de apnea del sueño y fatiga crónica, el grupo de la administración decidió intervenir y artificialmente impulsar el O2.
La razón de la falta de oxígeno estaba claro en ese momento, pero estudios posteriores demostrarían que los culpables eran probablemente los microorganismos descomponedores en el suelo. Cuando los biosferinautas construyeron el sistema, incluyeron los suelos más ricos en materia orgánica que pudieran darle a las plantas su mejor oportunidad de supervivencia. Pero los suelos fértiles también albergaban grandes poblaciones de microbios que consumen oxígeno. Este problema -y muchos otros problemas del experimento- podría haberse evitado si el sistema se hubiera diseñado con una mayor supervisión científica.
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| Crédito: accipitergallery.com |
Y, sin embargo, los esfuerzos de los intrépidos seres humanos que se sellaron a sí mismos dentro de la Biosfera 2 no fue una pérdida total, porque aprendimos muchísimo. El fracaso de Biosfera 2 se convirtió en un cuento con moraleja importante, subrayando la facilidad con que los ecosistemas cerrados pueden salirse de control si las condiciones iniciales del sistema no se miden y alinean cuidadosamente (después de más de una década de inactividad, la instalación fue adquirida por la Universidad de Arizona en 2007, y desde entonces ha sido reutilizada como un laboratorio de ciencias de la Tierra).
Pero la Biosfera 2 también es masiva, y mucho más compleja que cualquier cosa que podríamos esperar de construir en la primera o segunda generación de hábitats espaciales. En el espacio, probablemente vamos a cultivar plantas sin tierra, por lo que no tiene que preocuparse de bichos del suelo invisibles limpiando las cosas. Ciertamente (toco madera!) no tendrá que lidiar con las cucarachas. ¿Seguramente un poco de terreno de papas y soja sin chocar ni arder como hizo esta gigantesca Tierra-en-una-botella?
Bueno... no vamos a estar demasiado seguros. Tome Mars One, por ejemplo. Una de las iniciativas de colonización del espacio más promocionada (y casuales) del mundo, Mars One se hizo un nombre muy conocido en 2012, cuando la compañía anunció para el mundo que enviaría seres humanos para el Planeta Rojo a mediados de los años 2020 a vivir el resto de sus vidas en pequeñas burbujas inflables. Aún más ambiciosa que la línea de tiempo de Mars One, sin embargo, es el plan de la empresa para tener a sus colonos provistos en un 100% de su comida en el lugar. Por desgracia, este plan tiene todos los ingredientes que hizo de Biosfera 2 una catástrofe, y por razones sorprendentemente similares.
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| Crédito: sdpnoticias.com |
Mars One -quizás preocupada que otros grupos se roben su gran idea- se ha negado a decirnos mucho de nada sobre los detalles técnicos de su misión propuesta. Esto llevó a un grupo de estudiantes de doctorado del MIT a publicar su propio análisis de viabilidad en el otoño pasado. Utilizando toda la información disponible en el sitio web de la compañía, los investigadores calcularon los recursos necesarios para sostener a los colonos y corrieron modelos para evaluar la estabilidad de los hábitats a través del tiempo.
No fue bueno. En primer lugar, el estudio encontró que el espacio de cultivo dentro del hábitat que Mars One proponía no era casi lo suficientemente grande como para satisfacer la demanda de calorías y nutricionales de la tripulación. Como la misión fue diseñada, todo el mundo probablemente moriría de hambre. Si no se mueren de hambre, las simulaciones mostraron que las cosechas, con el tiempo, producirían niveles peligrosos de oxígeno, lo que podría causar en la atmósfera una combustión espontánea (también malo). Contrarrestando el oxígeno extra, la atmósfera sería bastante pantanosa, porque la transpiración de las plantas aumentaría la humedad relativa al 100% (¿todavía quiere inscribirse? ¡Sólo envíeles un cheque!)
Pero los investigadores del MIT llevaron las cosas un paso más allá. En lugar de simplemente mostrarnos las muchas maneras en que Mars One estaba condenada, se rediseñó la misión con el fin de mantener con vida a los astronautas.
Hemos hablado mucho acerca de lo que puede salir mal. ¿Cómo luce una exitosa colonia agrícola espacial?
¿Cómo podría trabajar un ecosistema cerrado?
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| Escena de Silent Running (1972) (Crédito: cathoderaytube.co.uk) |
Hemos recibido una muestra de cómo los hábitats espaciales pueden salirse de control cuando comencemos a tratar de introducir la ecología. Para hacer que trabaje un ecosistema cerrado, hemos de tomar y aprovechar esa parte cerrada. Eso significa poner las cosas en compartimientos separados, y controlar y medir los flujos entre ellos.
Para que los colonos marcianos produzcan sus alimentos a nivel local, los investigadores del MIT proponen la colocación de los cultivos en una cámara cerrada separada, desacoplando efectivamente su uso de los recursos de los de la tripulación. Un sistema de eliminación de oxígeno llevaría el O2 de la cámara de la planta en un tanque dedicado para su uso posterior. El CO2 exhalado por la tripulación del mismo modo se recogería y enviaría a la unidad de los cultivos para alimentar a las plantas. Idealmente, los procesadores de alimentos robóticos serían desplegados de manera que la tripulación nunca tenga que interactuar con el jardín en lo absoluto.
Hacer tal obra de diseño significará conseguir rápido un buen número de diferentes tecnologías. Sistemas de eliminación de oxígeno se han utilizado ampliamente en la Tierra, pero las versiones espaciales evaluadas todavía no existen, y el hardware puede fallar de manera extraña después del despegue (en 2011, la NASA publicó un informe sobre tecnologías hipotéticas para ayudar a reciclar el suministro de oxígeno de la ISS, pero a partir de 2015, los astronautas siguen siendo dependientes de los envíos regulares de O2 en los tanques criogénicos). Sistemas de eliminación de CO2, que utilizan una roca sintética llamada zeolita para fregar de carbono del aire, ya están en uso a bordo de la ISS. Si bien estos sistemas de depuración ventilan actualmente el CO2 al espacio, podrían ser reutilizados para transportar el gas a una cámara de crecimiento.
El agua es otro gran problema. Las plantas y los seres humanos requieren mucho de ella, y, como todo lo demás, despegar agua de la gravedad de la Tierra es tremendamente caro. Los astronautas utilizan actualmente una variedad de métodos para recuperar y reciclar el agua en la ISS: condensándola fuera del aire, recolectando la orina, calentando y filtrando la materia para hacerla potable de nuevo. Un proceso llamado reacción Sabatier, en la que el gas de hidrógeno y CO2 se combinan para formar agua, también está siendo explorado por la NASA.
La biología puede ayudarnos a hacerlo aún mejor. Sistemas de biofiltración que utilizan las plantas, hongos y microorganismos para eliminar el exceso de nutrientes, metales pesados, bacterias y virus del agua están surgiendo por todas partes. Estas tecnologías aún no están bien desarrolladas para la vida en el espacio. Pero en una hoja de ruta de un proyecto de tecnología publicado en mayo pasado, la NASA identificó a "los sistemas alimentarios bioregenerativos" como una prioridad de I + D. Con suerte, eso es una señal de que la investigación sobre cómo integrar jardines en nuestros hábitats espaciales para maximizar su potencial de reciclaje de recursos está por venir.
Por supuesto, incluso si hacemos nuestra prueba de reciclar todo, todavía vamos a tener que aceptar pequeñas cantidades de pérdida de recursos. Incluso al mejor compartimiento sellado se le escapará un poco de atmósfera, y más ventilará cada vez que abramos las compuertas. Partes de la nave se volverán viejas y necesitarán ser reemplazadas. La escasez de restos de metales podrían causar deficiencias de nutrientes entre la tripulación. La reposición de los recursos en las profundidades del espacio, probablemente significará explotar la minería de asteroides ricos en agua y metales, o bien, en un planeta, extrayendo recursos in situ. La NASA, Planetary Resources y Deep Space Industries están desarrollando estas tecnologías, pero la tecnología para la extracción de los recursos extracción basados en el espacio todavía tiene un largo camino por recorrer.
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| Modelo del USS Valley Forge, de la película Silent Running (1972) (Crédito: bladezone.com) |
Hacer que funcionen los jardines espaciales, y en términos más generales, los ecosistemas del espacio, comienza con el enfoque conceptual justo. Medir todo. Nada de residuos. Reciclar tanto como sea posible. Si se realiza correctamente, nuestros jardines pueden ser granjas de oxígeno, centros de reciclaje de CO2, nutriente de las plantas y recuperadores de metales, y sistemas de purificación de agua. Pero si no somos capaces de prestar especial atención al diseño del hábitat, la vida de las plantas podría ser nuestra perdición allá afuera.
Los biosferinautas tuvieron la suerte de estar a pulgadas de distancia de una fuente abundante de aire fresco. A millones de millas de la Tierra, es mejor conseguir nuestra adecuada ecología espacial.
http://gizmodo.com/the-most-important-thing-we-will-need-to-survive-in-spa-1711572517
Modificado por orbitaceromendoza
