هذا هو الجزء الأول من سلسلة من جزأين حول الاستعدادات لبعثات الفضاء البشرية القادمة إلى الكوكب الأحمر.
وجد مارك واتني نفسه عالقًا على سطح المريخ. إنه عام 2035 ورفاقه ، الذين يعتقدون أنه ميت ، تركوه وراءهم في إجلائهم من الكوكب الأحمر. إنه يواجه سنوات ، بمفرده ، يحاول البقاء على قيد الحياة في مواجهة الإشعاع والعواصف وقليل من الطعام.
تبين أن هذه المشكلة الأخيرة قابلة للحل. واتني عالم نبات. وهو يكتشف كيفية زراعة البطاطس. تأتي شتلات البطاطس من عشاء عيد الشكر. يُشتق الماء من بقايا وقود الصواريخ. ويصبح برازه سمادًا.
هذا السيناريو ، من كتاب وفيلم المريخ ، هو خيال علمي. ومع ذلك ، فهي تستند إلى الحقيقة. درست ناسا البطاطس في الثمانينيات والتسعينيات من القرن الماضي كمحصول محتمل لبعثات الفضاء البشرية. وعلى الرغم من عدم قيام أحد بزراعة البطاطس على سطح المريخ ، إلا أن العلماء يطورون بالفعل أدوات لزراعة الطعام في الفضاء.
لماذا ا؟ من المرجح أن يسافر الناس إلى المريخ في وقت ما من حياتك. قالت ناسا إنها تخطط لإرسال أشخاص إلى المريخ في ثلاثينيات القرن الحالي. وقد ترسل شركة الفضاء الخاصة SpaceX أول مهمة مأهولة إلى المريخ في وقت مبكر من عام 2024.
لكن نقل البشر إلى المريخ سيكون تحديًا أكبر بكثير من نقلهم إلى القمر. لحلها ، نحتاج أولاً إلى حل الكثير من المشكلات. الوصول إلى المريخ هو مجرد واحد منهم. ثم علينا معرفة من أين سيأتي طعامنا ومياهنا. يجب أن يكتشف المخططون أيضًا كيف سيحصل المسافرون عبر الفضاء على أي أدوات قد يحتاجون إليها فجأة عندما يكونون على بعد ملايين الأميال من أقرب متجر لاجهزة الكمبيوتر. إنها مهمة ضخمة ، لكن الباحثين في جميع أنحاء العالم يعملون بالفعل.
مزارعو الفضاء
مسافرو الفضاء اليوم لا يذهبون إلى القمر أو المريخ ؛ يتوجهون إلى محطة الفضاء الدولية (ISS). يدور حول 381 كيلومترا (237 ميلا) فوق سطح الأرض. هناك ، يعيش رواد الفضاء من أسابيع إلى شهور. من بين مهامهم إجراء التجارب واختبار المعدات التي يمكن أن تكون مفيدة للبعثات المستقبلية إلى القمر أو الكويكب أو المريخ أو ما بعده.
إذا قمت بزيارة محطة الفضاء الدولية اليوم ، فسيتم شحن كل جزء من الطعام الذي تناولته تقريبًا من الأرض. الاستثناء:الخضر الورقية. هذه هي الأطعمة الأولى التي تتم زراعتها في محطة الفضاء الدولية.
هناك العديد من الأسباب التي تجعل ناسا ترغب في تعلم زراعة الخضروات في الفضاء. إلى جانب توفير الغذاء الطازج لرواد الفضاء ، يمكن للنباتات أن توفر دعمًا للحياة عن طريق إعادة تدوير الهواء والماء. "هناك أيضًا الحالة النفسية يقول جويا ماسا:إنها عالمة نبات ورئيسة مشروع Veggie التابع لوكالة ناسا في مركز كينيدي للفضاء في كيب كانافيرال بولاية فلوريدا.
كما تعلم مارك واتني على كوكب المريخ ، قد تكون البطاطا غذاءً جيدًا للبقاء على قيد الحياة. لديهم كميات لا بأس بها من البروتين وبعض الفيتامينات والعناصر الغذائية الأخرى. كما أنها غنية بالكربوهيدرات (السكريات والنشويات). لا يمكنك العيش على البطاطس وحدها. ومع ذلك ، يمكنهم المساعدة في حمايتك من الجوع.
ومع ذلك ، هناك بعض الجوانب السلبية. يجب طهي البطاطس قبل تناولها. وتحتاج نباتات البطاطس إلى مساحة كبيرة للنمو. لذلك بدأت ماسا وزملاؤها بشيء أسهل:الخس.
في عام 2014 ، أرسلوا حديقة لرواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية. كانت بذور الخس معبأة في "وسائد نباتية" مع الطين المخبوز والأسمدة. أضف الماء وبعض الضوء الصناعي وفويلا! نما الخس!
لكن رواد الفضاء لم يتمكنوا من أكله.
كان عليهم إرسال كل قطعة إلى الأرض لدراستها. في العام التالي ، بعد أن أكد علماء ناسا أن هذا الطعام آمن ، قام رواد الفضاء بزراعة محصول ثان. هذه المرة سمح لهم بتناول الطعام.
استخدم رواد الفضاء الخس لتزيين الهامبرغر. لقد صنعوا أيضًا لفائف الخس مع سلطة جراد البحر بالداخل. تقول ماسا:"لقد أصبحوا مبدعين حقًا".
ليس من المستغرب أن تختلف البستنة في الفضاء عنها على الأرض. بدون الجاذبية ، لا تعرف النباتات أي طريق صاعد. لكنهم يتأقلمون. يرسلون براعمهم نحو الضوء وجذورهم في الاتجاه المعاكس. يجب على المراوح تدوير الهواء. خلاف ذلك ، سيتجمع الأكسجين في كرة حول النباتات ، ولن يكون لديهم ما يكفي من ثاني أكسيد الكربون للقيام بعملية التمثيل الضوئي.
واجه العلماء أيضًا مشكلة في توفير المياه الكافية للنباتات. تم تصميم وسائد نبات النسيج التي تحتوي على البذور والطين والأسمدة لسحب المياه من الخزان. لكنهم لم يعملوا بالسرعة الكافية. انتهى الأمر برواد الفضاء إلى الحاجة إلى سقي النباتات باليد. ماسا وفريقها الآن يعيدون تصميم نظام الري.
كما قام رواد فضاء محطة الفضاء الدولية بزراعة الكرنب الصيني وكذلك الزهور. بالإضافة إلى كونها جميلة ، ساعدت حديقة الزينيا لرائد الفضاء سكوت كيلي العلماء في دراسة ما إذا كانت النباتات تزهر في الفضاء. إنهم يفعلون! من المهم معرفة ذلك ، لأن الإزهار هو طريقة تكاثر بعض النباتات. إنه أيضًا جزء من كيفية إنتاج بعض النباتات للفاكهة.
ستشمل المحاصيل المستقبلية نباتًا آسيويًا مريرًا يسمى ميزونا والطماطم الكرز ، والتي سيتعين على رواد الفضاء تلقيحها يدويًا باستخدام فرشاة صغيرة. "ليس لدينا نحل هناك" ، يلاحظ ماسا. في يوم من الأيام ، قد يزرعون أيضًا الفلفل والأعشاب.
في حين أن حديقة الخضروات صغيرة في الوقت الحالي ، إلا أنها قد تساعد يومًا ما في إطعام رواد الفضاء في مهمات فضائية بعيدة المدى - أو مستعمرة على سطح المريخ. "كل ما نقوم به هو نقطة انطلاق" ، يشرح ماسا.
بناء محرك أسرع
يستغرق الوصول إلى محطة الفضاء الدولية من الأرض أقل من يوم واحد. قد تستغرق الرحلة إلى المريخ ما يقرب من عام - وكمية ضخمة من الوقود. المحركات الكيميائية المستخدمة لإطلاق صاروخ إلى الفضاء بانفجار ناري ليست جيدة في دفع مركبة فضائية إلى كوكب آخر. مع عدم وجود محطات وقود بين هنا والمريخ ، يقول بيل إمريتش:"عليك أن تأخذ معك كل الوقود". إنه مهندس نووي مع وكالة ناسا في مركز مارشال لرحلات الفضاء في هنتسفيل ، آلا. "إذا كنت ستفعل ذلك ، فأنت تريد محركًا سيقطع الكثير من الأميال للغالون الواحد."
للقيام بذلك ، كما يقول ، عليك أن تصبح نوويًا. يمكن للمحرك الصحيح أن يأخذ غازًا خفيفًا جدًا ، مثل الهيدروجين ، ويسخنه إلى درجات حرارة عالية جدًا في المفاعل النووي. يتم رش هذا الغاز شديد الحرارة من الخلف من خلال فوهة لدفع المركبة الفضائية إلى الأمام. يوضح إيمريتش:"كلما زادت سخونة خروج الغاز من الفوهة ، زادت فعاليته". "كما أن الغاز أخف وزنا ، هو أكثر كفاءة."
المحركات النووية ليست فعالة فقط ، إنها سريعة. تم إرسال المركبات الفضائية غير المأهولة إلى النظام الشمسي الخارجي باستخدام ما يُعرف باسم الدفع الأيوني. إنه يعمل عن طريق تسريع الذرات المشحونة كهربائيًا ، أو الأيونات ، لدفع مركبة فضائية إلى الأمام. قد يستغرق مثل هذا النظام عامًا لتسليم الناس إلى المريخ. في المقابل ، نووي حراري يقول إمريش إن المحرك قد يقصر تلك الرحلة إلى أربعة أو خمسة أشهر فقط.
للوصول إلى المريخ بهذه السرعة ، ستحتاج مركبة فضائية كبيرة إلى حوالي 230 جرامًا (نصف رطل) من وقود اليورانيوم. اليورانيوم مادة مشعة ولكن وقود اليورانيوم ليس خطيرا. يلاحظ إيمريش:"يمكنك حمله في يدك بسهولة ولن يؤذيك". ولكن بمجرد أن يبدأ المفاعل في العمل ، ينقسم اليورانيوم إلى عناصر أخرى من خلال الانشطار . هذا عندما يتعين عليك توخي الحذر. "هذه [نواتج الانشطار] مشعة جدًا حقًا. وهنا يأتي دور الموت "، كما يقول -" ليس من اليورانيوم نفسه ، ولكن من المنتجات الثانوية [للانشطار]. "
سيتخلص هذا النظام من مصدر قلق كبير واحد:حتى لو حدث انفجار عند الإقلاع ، فسيكون البشر وبيئة الأرض آمنين. لماذا ا؟ ستستخدم المركبة الفضائية وقود الصواريخ التقليدي للإقلاع. لن يتم تشغيل المحرك الذي يعمل بالتسخين النووي حتى يصبح الصاروخ في الفضاء بالفعل. ثم إذا كان هناك أي انفجار ، فإن أي مادة مشعة سوف تنفث في الفضاء.
يعمل إمريش وزملاؤه على اختبار وقود اليورانيوم لهذا المحرك. يعمل آخرون على أجزاء مختلفة. يتطلع البعض لتطوير واختبار المفاعل. يقوم آخرون بتصميم طريقة لدمج المفاعل في نظام الدفع.
يستغرق بناء هذا الجيل القادم من محركات الفضاء وقتًا. يقول Emrich:"إذا كان لدينا الكثير من التمويل ، فمن المحتمل أن يتم ذلك في غضون 10 إلى 15 عامًا".
اطبعها
سيتعين على رواد الفضاء المتجهين إلى المريخ أخذ كل ما يحتاجون إليه تقريبًا. قد يكونون قادرين على حصاد بعض المواد الخام من الكوكب الأحمر. لكن بعد ذلك سيحتاجون إلى طريقة ما لاستخدامها. يقول Niki Werkheiser:"علينا أن نكون أكثر استقلالية عن الأرض" من المهمات الأقرب إلى الوطن. مثل إمريتش ، تعمل أيضًا في مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا.
الشرح:ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
يواجه رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية مشاكل مماثلة. إذا احتاج شخص ما إلى أداة خاصة ، فقد يضطر إلى الانتظار شهورًا أو أكثر لمهمة إعادة الإمداد التالية. يأمل Werkheiser في تغيير ذلك. إنها العالمة الرئيسية في برنامج يطرح الطباعة ثلاثية الأبعاد في الفضاء. مع الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن لرواد الفضاء بناء الأدوات التي يحتاجون إليها بضغطة زر.
تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد قليلاً مثل مسدس الغراء الساخن. باتباع نمط على جهاز الكمبيوتر ، تقوم الطابعة بإخراج طبقة من البوليمر على صينية. بعد أن يتصلب هذا في البلاستيك ، ستضيف الطابعة طبقة أخرى. ثم آخر. وستستمر في هذا الأمر حتى يتم بناء جسم ثلاثي الأبعاد. يقول ويرخيسر:"يمكنك عمل بعض التصميمات المعقدة حقًا". "يمكنك بناء الأشياء باستخدام التروس الداخلية والأجزاء المتحركة - كل ذلك في طباعة واحدة."
الشرح:ما هي البوليمرات؟
في محطة الفضاء الدولية ، يمكن أن توفر أدوات الطباعة الوقت والمال. لكن هذه الطابعات تقدم أيضًا مزايا أخرى. العديد من الأدوات والأدوات التي يتم إرسالها إلى الفضاء على الصواريخ مصنوعة من مواد قوية. للبقاء على قيد الحياة ضغوط الإطلاق ، يتم تعزيزها أيضًا بشكل كبير. إذا تم طباعتها في الفضاء ، فيمكن جعلها أخف وزنا وأنحف ، مع توفير مساحة أكبر للإلكترونيات أو الأدوات العلمية أو القطع الأخرى. قد تكون هذه الأدوات التي تصنعها بنفسك ضرورية في مهمة إلى القمر أو المريخ ، حيث قد لا يكون تسليم قطع الغيار ممكنًا.
لا تعمل الطباعة في الفضاء تمامًا كما تعمل على الأرض. على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى مراوح لتدوير الهواء حول الكائن لتبريده أثناء الطباعة. لكن هناك بعض المزايا أيضًا. يقول ويرخايزر:"على الأرض ، يمكن للجاذبية أن تسبب في الواقع بعض المشاكل مع الطباعة ثلاثية الأبعاد". نظرًا لأن البلاستيك الساخن مرن ، تحتاج الطابعات الأرضية أحيانًا إلى إضافة هياكل داعمة لتثبيت الكائن في وضع مستقيم أثناء تبريده. أنا الفضاء ، يمكن للطابعة أن تبني في أي اتجاه.
أرسل فريق Werkheiser أول طابعة ثلاثية الأبعاد إلى محطة الفضاء الدولية في عام 2014. وطبع أشياء على شكل مجداف كاختبار. ثم تمت مقارنتها بتلك المطبوعة على الأرض. تقول:"لم نلاحظ حقًا أي اختلاف ذي مغزى".
بعد ذلك ، تأمل Werkheiser في إطلاق طابعة في الربيع القادم يمكنها إعادة تدوير النفايات البلاستيكية وتحويلها إلى مادة لطباعة أشياء جديدة. وفي المستقبل ، تأمل ناسا في تطوير معمل تصنيع (اختصارًا "Fab Lab") والذي سيكون قادرًا على طباعة الأشياء - حتى الإلكترونيات - من المعدن.
والآن بعد أن تمكن رواد الفضاء من طباعة الأدوات عند الطلب ، ما هو أول طلب لهم؟ يقول ويرخايزر:"لقد صممناهم ليكون بمثابة خدش ظهر صغير". اتضح أن الهواء الجاف على المحطة الفضائية يسبب حكة في جلد رواد الفضاء. في بعض الأحيان ، على الأقل ، يكون لمشاكل استكشاف الفضاء حلول بسيطة للغاية.
الجزء الثاني:في طريقهم إلى المريخ ، قد يواجه رواد الفضاء مخاطر صحية كبيرة.
