NASA trồng cây trong vũ trụ như thế nào?

[Nhung Phan]

Khi chúng ta lên kế hoạch cho các sứ mệnh dài hơn đến không gian, mặt trăng, sao Hỏa và xa hơn nữa, chúng ta sẽ cần một cách để cung cấp thức ăn cho các phi hành gia khi họ không thể nhận được các gói tiếp tế từ Trái đất. Điều đó có nghĩa là phải tìm ra cách trồng thực phẩm trong không gian.

Các bữa ăn đóng gói sẵn không đủ cho những chuyến công tác dài ngày​

Hiện nay, hầu hết thực phẩm mà các phi hành gia ăn trong không gian đều có nguồn gốc từ Trái đất. NASA chuẩn bị và đóng gói thực phẩm mà các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) tiêu thụ tại Phòng thí nghiệm hệ thống thực phẩm không gian tại Trung tâm vũ trụ Johnson và chuyển chúng bằng các phương tiện tiếp tế được đưa lên không gian sau mỗi 40–45 ngày.

Hệ thống này hoạt động vì khoảng cách tương đối ngắn giữa ISS và Trái Đất, nhưng đối với các nhiệm vụ xa hơn và dài hơn, nó sẽ không hiệu quả. Khi chúng ta cuối cùng bắt đầu hành trình đến Sao Hỏa, chúng ta sẽ không có được sự xa xỉ của các chuyến hàng tiếp tế thường xuyên từ Trái Đất, và chúng ta không thể chỉ mang theo tất cả thực phẩm mà chúng ta cần vì giới hạn trọng lượng. Chưa kể, vitamin trong thực phẩm đóng gói sẵn có xu hướng bị phân hủy theo thời gian, và điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe của các phi hành gia.

Có vẻ khá rõ ràng rằng nếu chúng ta muốn tham gia vào một cuộc phiêu lưu không gian vĩ đại, chúng ta sẽ cần phải học cách tự trồng thực phẩm trong không gian.

Vấn đề với việc trồng cây trong không gian​

Trên Trái Đất, được trang bị một ít đất, hạt giống, nước và ánh sáng mặt trời, ngay cả một người có ngón tay cái đen như tôi cũng có thể khiến một cây nảy mầm—ít nhất là trong vài ngày. Trong không gian, việc khiến bất cứ thứ gì phát triển khó khăn hơn nhiều.

Không có trọng lực trong không gian, và điều đó ngay lập tức làm hỏng mọi thứ. Bạn không thể trồng cây trong một chậu trồng cây thông thường như bạn sẽ làm trên Trái đất. Việc thử sẽ khiến đất bị vỡ ra và rơi vào mọi thứ từ thiết bị đến mắt và miệng của bạn.
Nước cũng có hành vi rất khác nhau trong điều kiện không trọng lực so với trên Trái Đất. Nó vón cục lại với nhau và bám vào bề mặt, điều này không tốt cho cây vì nó khiến việc phân phối nước trở nên rất khó khăn. Nước có thể trôi ra khỏi rễ khiến cây héo và chết, hoặc có thể bám vào rễ và về cơ bản là tưới quá nhiều nước, khiến cây chết đuối.

Việc có đủ ánh sáng mặt trời cũng hơi khó khăn trong không gian. Bạn sẽ cần rất nhiều cửa sổ trên tàu vũ trụ để hỗ trợ một khu vườn có kích thước hợp lý, điều này không chỉ tốn kém mà còn nguy hiểm vì rác vũ trụ. Ngay cả khi bạn xoay xở được, bạn vẫn có thể không có đủ ánh sáng mặt trời nếu bạn đang thực hiện một nhiệm vụ đưa bạn ra xa mặt trời của chúng ta hơn. Ví dụ, khi bạn ở gần quỹ đạo của sao Hỏa, bạn chỉ nhận được khoảng một nửa lượng ánh sáng mà bạn có ở quỹ đạo Trái đất.

Sau đó là vấn đề về không gian (ý định chơi chữ). Không giống như việc canh tác trên Trái đất, nơi không gian rộng lớn, bất kỳ sản phẩm nào được trồng trên tàu vũ trụ đều phải được thực hiện hiệu quả nhất có thể để tối đa hóa diện tích đất hạn chế.

Những cách sáng tạo mà NASA đang trồng thực phẩm trong không gian​

Xem xét tất cả những thách thức liên quan đến việc trồng cây trong không gian, NASA đã phải phát triển các công nghệ mới được điều chỉnh cụ thể để trồng thực phẩm trong không gian. Có ba công nghệ đáng chú ý: Hệ thống sản xuất rau, Môi trường sống thực vật tiên tiến và Nghiên cứu sinh học trong hộp đựng.

Hệ thống sản xuất rau​

Hệ thống sản xuất rau, hay còn được gọi trìu mến là Veggie, là một khu vườn trên ISS được thiết kế để giúp NASA nghiên cứu sự phát triển của thực vật trong điều kiện vi trọng lực và cung cấp thực phẩm tươi sống thỉnh thoảng cho các phi hành gia. Veggie có kích thước bằng một chiếc vali xách tay và có thể chứa khoảng 6 cây. Hiện tại có hai đơn vị trên ISS và chúng có thể sẽ có mặt trên bất kỳ tàu vũ trụ nào thay thế ISS khi nó cuối cùng được đưa ra khỏi quỹ đạo.

Veggie giải quyết vấn đề trồng cây trong không gian bằng cách sử dụng gối trồng cây để trồng cây. Những chiếc gối này là những gói nhỏ chứa giá thể, phân bón và bấc nảy mầm. Hạt giống được đặt trong bấc và nước được tiêm định kỳ vào gối. Nước và chất dinh dưỡng chảy lên bấc đến hạt giống, và các dãy đèn LED đặt phía trên cây mô phỏng ánh sáng mặt trời, cho phép cây nảy mầm và phát triển. Veggie đã trồng thành công nhiều loại cây bao gồm rau diếp, bắp cải và nổi tiếng là hoa Zinnia.

Môi trường sống của thực vật tiên tiến​

Advanced Plant Habitat (APH) là một buồng tăng trưởng khác trên ISS, nhưng không giống như Veggie, APH được bao bọc hoàn toàn và tự động hóa. Nó tự động điều chỉnh nhiệt độ, hàm lượng oxy, độ ẩm, ánh sáng và các thông số khác theo mức lý tưởng cho cây đang phát triển. Nó cũng có camera và hơn 180 cảm biến gửi thông tin thời gian thực về sự phát triển của cây đến một nhóm tại Trung tâm vũ trụ Kennedy.

ACPH chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu thực vật. Khi thu hoạch xong, phi hành đoàn sẽ thu thập mẫu, sau đó đông lạnh hoặc cố định chúng bằng hóa chất, trước khi gửi chúng trở lại Trái đất, nơi chúng có thể được nghiên cứu để các nhà khoa học có thể hiểu được tác động của không gian đến sự phát triển của chúng.

Nghiên cứu sinh học trong hộp đựng​

BRIC là một cơ sở được sử dụng để nghiên cứu tác động của không gian lên các sinh vật nhỏ. Phiên bản mới nhất, được gọi là BRIC-LED, đang mở rộng để trồng các loại cây nhỏ trong không gian.

Phần cứng vẫn đang được phát triển, nhưng hy vọng rằng hệ thống này sẽ cho chúng ta biết thêm về cách không gian ảnh hưởng đến gen thực vật và những gì chúng ta cần làm để giúp thực vật có khả năng sinh tồn tốt hơn trong không gian.

Bước tiếp theo: Trồng cây trên Mặt Trăng​

Cho đến nay, cuộc phiêu lưu làm vườn của chúng ta trong không gian đã diễn ra trên tàu vũ trụ sử dụng các nguồn tài nguyên mang về từ Trái đất. Nhưng nếu chúng ta muốn trở thành những nhà thám hiểm không gian thực thụ, chúng ta sẽ cần có khả năng sử dụng các nguồn tài nguyên có sẵn tại chỗ để trồng thực phẩm khi chúng ta du hành đến các bề mặt khác. Hãy nghĩ đến nhà kính trên mặt trăng, sao Hỏa và bất cứ nơi nào khác mà chúng ta quyết định du hành.

Để đạt được mục đích này, đã có những thí nghiệm để xem liệu chúng ta có thể trồng cây trên Mặt Trăng hay không và vào năm 2022, các nhà khoa học tại Đại học Florida đã báo cáo rằng họ đã trồng thành công cây trồng trên đất Mặt Trăng được thu thập trong các sứ mệnh Apollo trước đây.

Cây trồng trên đất Mặt Trăng trông không khỏe mạnh bằng nhóm đối chứng, và khi các nhà khoa học nghiền chúng ra để xem xét gen của chúng, họ thấy rằng chúng biểu hiện nhiều dấu hiệu của stress oxy hóa hơn. Nhưng khám phá này vẫn thực sự quan trọng vì nó cho chúng ta thấy cây trồng hoạt động như thế nào trong đất Mặt Trăng. Bây giờ chúng ta đã biết điều đó, chúng ta có thể tính đến điều đó khi chúng ta chuẩn bị đất để canh tác, và thậm chí thay đổi cây trồng để phát triển tốt hơn trong đất.

Trồng cây trên Mặt Trăng cũng sẽ mang lại cho chúng ta kinh nghiệm cần thiết để canh tác trên Sao Hỏa và xa hơn nữa. Đã có bằng chứng đầy hứa hẹn rằng một khu vườn không gian trên Sao Hỏa là khả thi. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Wageningen và Nghiên cứu tại Hà Lan đã thành công trong việc trồng trọt trên đất có thành phần vật lý và hóa học gần giống với đất thực tế trên Sao Hỏa.

Nếu chúng ta muốn có bất kỳ hy vọng nào về việc thiết lập các thuộc địa trên sao Hỏa hoặc bắt đầu các sứ mệnh không gian dài hạn, chúng ta sẽ cần thực phẩm để nuôi sống các phi hành gia. Điều đó có nghĩa là việc canh tác trong không gian sẽ cần phải được cải thiện vượt bậc. Trồng cây trong môi trường cằn cỗi trong hàng triệu năm không phải là nhiệm vụ nhỏ, nhưng nghiên cứu này rất hứa hẹn, và ai biết được, có thể trong vài thập kỷ nữa, các phi hành gia trong không gian sẽ hoàn toàn tự cung tự cấp cho nhu cầu ăn uống.

Theo Howtogeek