Kosmiczne przysmaki

Kiedy po stu dniach okrążania Ziemi na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS – International Space Station) włoski astronauta Paolo Nespoli wspomniał, że brakuje mu pizzy, naziemna obsługa misji zrobiła mu niespodziankę i wysłała z innymi zapasami zapakowane ciasta, sos, ser, oliwki i inne dodatki potrzebne do zorganizowania małego pizza party. „Jeśli naprawdę, naprawdę brakuje ci pizzy, możesz przypadkiem wspomnieć o tym szefowi ISS w czasie publicznego wystąpienia. Dziękuję, Kirk (Kirk Shireman – przyp. red.), za zaskoczenie nas wyśmienitymi pizzami” – napisał potem na Twitterze Nespoli. W internecie można było zobaczyć filmy, jak włoskie przysmaki latają w mikrograwitacji rozkręcane i rzucane przez załogę.

Prosty dla przeciętnych mieszkańców Ziemi posiłek to bowiem dla astronautów nie lada odmiana w codziennej żywieniowej rutynie. Bo choć załoga może wybierać z wielu składników diety, to orbitalne posiłki muszą spełniać różne restrykcyjne wymagania. Co więcej, w obliczu planowanych dalekich lotów liczba tych wymagań będzie rosła. Specjaliści pracują więc nad przeróżnymi pomysłami, które w obszarze żywienia mają zapewnić astronautom wszystko, czego będą potrzebowali.

Kalorie i dobry nastrój

Ciężko pracujący i ćwiczący po dwie godziny dziennie astronauta potrzebuje oczywiście kalorii, białka, witamin, minerałów i innych składników w maksymalnie zbilansowanych ilościach. Już dzisiaj „kosmiczne” jedzenie musi też mieć minimalną wagę, zajmować jak najmniej miejsca i być zdatne do spożycia przez kilka miesięcy. Przy tym musi być po prostu smaczne – przy wyjątkowo ograniczonym dostępie do rozrywek powinno dawać jak najwięcej satysfakcji i zachęcać do tego, aby zjeść go wystarczająco dużo. NASA zapewnia swoim astronautom ok. 200 różnych elementów diety. Mogą oni cieszyć się np. daniami z kurczaka, wołowiny, owoców morza, spaghetti, masłem orzechowym, ciastami, orzechami, owocami, herbatą, kawą, sokami. Dostępne są też dodatki, takie jak ketchup, sól czy pieprz, ale tylko w płynnej postaci – nikt nie chce wdychać unoszącego się w powietrzu pieprzu. Zwykle odwodnione sterylne posiłki wymagają dodania wody i podgrzania. To, jak bardzo trzeba uważać przy tak pozornie prostej czynności, pokazuje ogrom wyzwań stojących przed specjalistami od kosmicznej żywności. Do hermetycznie zamkniętego, pozbawionego powietrza woreczka należy podłączyć specjalną strzykawkę z zaworem, który przepuszcza wodę tylko w jedną stronę. Dzięki temu nie wydostanie się ona przez przypadek na zewnątrz. Kiedy woda połączy się z zawartością woreczka, można go otworzyć i przystąpić do konsumpcji.

Batonik na kosmiczną podróż

Podczas misji poza niską orbitę okołoziemską takie metody mogą jednak nie wystarczyć. Podróż na Marsa i z powrotem będzie liczona w latach, tymczasem z upływającymi miesiącami spada jakość odżywcza pakowanych posiłków – np. rozpadają się witaminy. Kolejna bariera to masa i objętość. Tutaj wymagania rosną już dla planowanych na niedaleką przyszłość misji w pobliże Księżyca. Dlatego NASA pracuje w tej chwili nad nową generacją posiłków w postaci batonów dostarczających, bagatela, 700–900 kcal i wszelkie niezbędne składniki. Batony służyć mają choćby za śniadanie w misjach księżycowych na pokładzie nowej kapsuły Orion. Taka zmiana wystarczyłaby, aby ograniczyć wagę ładunku i zaoszczędzić przestrzeń. Do wyboru mają być dostępne różne smaki, np. pomarańczowy, bananowy czy orzechowy. Obiad i kolacja byłyby już normalne jak na warunki kosmiczne, czyli takie jak na pokładzie ISS. Pierwsze batony agencja testuje już w Human Exploration Research Analog (HERA) – trzykondygnacyjnym habitacie w Johnson Space Center, wykorzystywanym do symulacji kosmicznych misji.

Kosmiczni farmerzy

Jednym z rozwiązań, choć przewidzianym na dalszą przyszłość, byłyby też kosmiczne uprawy. Świeże rośliny, dostarczające ludziom cennych składników, mogą rosnąć dzięki wykorzystaniu m.in. wydychanego przez astronautów dwutlenku węgla. Pomysł to niestety ryzykowny, ponieważ zapakowane racje żywnościowe trudno niechcący uszkodzić, natomiast uprawy mogą zostać zniszczone w wyniku awarii podtrzymującego je systemu, błędu człowieka czy choroby. Niemniej agencje kosmiczne intensywnie badają możliwości uprawiania przez astronautów własnego jedzenia. Już w latach 80. na pokładzie stacji Salut 7 radzieccy kosmonauci hodowali roślinę często używaną w eksperymentach biologicznych – rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana).

Przed czterema laty, po eksperymentach z różnymi gatunkami w ramach amerykańskiego projektu Veggie, w stosunkowo prostym urządzeniu udało się wyhodować na pokładzie ISS czerwoną sałatę rzymską. Po przeprowadzonych na Ziemi testach w sierpniu następnego roku astronauci Scott Kelly, Kjell Lindgren i Kimiya Yui uzyskali pozwolenie na zjedzenie kolejnej partii wyrosłej na orbicie sałaty. Nie była to wielka uczta, bo posiłek składał się tylko z kilku liści, ale ważny krok został zrobiony. Sałata astronautom bardzo smakowała. „Fantastyczne” – swoje wrażenia opisał Lindgren, „Smakuje dobrze” – dodał Kelly. „Mnie smakuje” – stwierdził Yui.

Rośliny w warunkach mikrograwitacji

Na kosmicznych farmerów czeka jednak wiele wyzwań. Na stacji nie można np. używać ziemi, system Veggie wykorzystywał więc specjalne poduszki. Naukowcy zastanawiali się jednak, czy rośliny w ogóle będą rosły bez odczuwalnego ciążenia. Siła grawitacji pozwala bowiem łodygom i korzeniom odnaleźć właściwy kierunek wzrostu. Okazało się, że przy jej braku korzenie rosną w przypadkowych kierunkach, mimo to roślina może przetrwać, a do pewnego stopnia korzeniom w odnalezieniu kierunku pomaga woda w podłożu (rosną w kierunku większej wilgotności). Eksperymenty w działającym na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej European Modular Cultivation System, który z pomocą wirówek może symulować grawitację o różnej wartości, pokazały z kolei, że rośliny wyczuwają nawet ciążenie o niewielkiej sile.

To dobra wiadomość dla przyszłych astronautów, którzy chcieliby założyć uprawy na Księżycu czy Marsie. Okazało się też, że przy braku siły ciążenia łodygi wzrastają w kierunku światła – w orbitalnych uprawach można to będzie kiedyś wykorzystać. Naukowcy dzięki badaniom w warunkach mikrograwitacji poznają też coraz lepiej komórkowe procesy sterujące wzrostem roślin. W reagowaniu ich na grawitację uczestniczą m.in. struktury zwane statolitami, które przemieszczają się pod wpływem siły ciążenia. Zmiana ich pozycji uruchamia za pośrednictwem jonów wapnia kaskadę reakcji powodujących wzrost w odpowiednim kierunku. Badania na pokładzie ISS pozwoliły np. na obserwacje, jak ten proces zachodzi przy grawitacji o różnej wartości.

Taka wiedza będzie kluczem do uprawiania roślin poza Ziemią. „Ustanowienie stałych baz na Księżycu i Marsie staje się coraz bardziej realne z każdym dniem. Zarówno ESA, jak i NASA oraz od niedawna agencje rozwijających się ekonomicznie azjatyckich krajów pracują nad przybliżeniem załogowej misji na Marsa po pełnej sukcesów dekadzie eksploracji planety z pomocą łazików” – mówi „Wiedzy i Życiu” Francisco Javier Medina Diaz z hiszpańskiego Centrum Badań Biologicznych, który współpracuje z ESA przy analizach zachowania roślin w mikrograwitacji. I dodaje: „Istnieje ogólna zgoda co do tego, że rośliny muszą towarzyszyć ludziom w tym przedsięwzięciu, aby dostarczać im pożywienie, witaminy, zapewniać odpowiednią wilgotność, tlen, a nawet dobre samopoczucie, jak również usuwać niektóre odpady związane z ludzką aktywnością, np. dwutlenek węgla”.

Małe ekosystemy

Tymczasem w Europejskiej Agencji Kosmicznej powstał prototyp miniekosystemu, który przez pół roku, na razie na Ziemi, utrzymywał już przy życiu eksperymentalną „załogę” złożoną z trzech szczurów. System składa się m.in. z bioreaktora z glonami, które w procesie fotosyntezy pobierają wydychany przez gryzonie dwutlenek węgla, a produkują potrzebny zwierzętom tlen. Urządzenie powstało w ramach projektu MELISSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative). Specjaliści z ESA pracują w jego ramach nad wzorowanym na jeziorach zamkniętym układem, który różnorodne rodzaje materii organicznej, pozostawianej przez astronautów, będzie przetwarzał w tlen, czystą wodę i żywność. System ma wykorzystywać kolejne bioreaktory z różnego typu mikrobami i roślinami. Te ostatnie, razem z fotosyntetyzującymi bakteriami, mają m.in. dostarczać załodze tlen i pożywienie. „Uczymy się wiele na podstawie eksperymentów prowadzonych w skali laboratoryjnej i w warunkach kosmicznych. Następnym krokiem będzie skonstruowanie pełnych systemów, które będą w stanie podtrzymać w przestrzeni życie nie grupy zwierząt, ale ludzi” – mówił uczestniczący w projekcie MELISSA dr Francesc Gòdia w trakcie wywiadu prowadzonego z pokładu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przez włoską astronautkę Samanthę Cristoforetti. To trochę tak, jakby zabrać w kosmos niewielki fragment żywiącej ludzi planety.

Marek Matacz
niezależny dziennikarz popularnonaukowy, z wykształcenia biotechnolog

***

Obiad z drukarki

Być może astronautów będą też kiedyś żywić drukarki trójwymiarowe. Razem z amerykańską firmą BeeHex NASA eksperymentowała z urządzeniem, które z pomocą różnych jadalnych „tuszów” potrafi m.in. wydrukować pizzę.

***

Satelita z pomidorami

Aby sprawdzić, jak rośliny rosną w grawitacji niższej niż ziemska, trzeba polecieć na orbitę. Eksperyment taki można przeprowadzić nie tylko na stacji kosmicznej. W projekcie Eu:CROPIS 3 grudnia na orbitę poleciał satelita, który obracając się, symuluje grawitację księżycową (o wartości 0,16 grawitacji ziemskiej) i marsjańską (0,38 przyciągania ziemskiego). 16 kamer będzie obserwowało, jak z nasion wyrastają pomidory. System będzie jednak jeszcze bardziej złożony – żyjące w specjalnym filtrze bakterie, które na Ziemi można spotkać w glebie, mają produkować nawóz z syntetycznego odpowiednika moczu, zawierającego głównie mocznik oraz w niewielkich ilościach kreatyninę i chlorek amonu. Z kolei gdyby doszło do kłopotów z przetwarzaniem sztucznego moczu, druga grupa mikroorganizmów (eugleny należące do protistów) ma chronić hermetycznie odizolowane środowisko przed możliwym gromadzeniem się powstającego z rozpadu mocznika amoniaku, który organizmy te mogą wykorzystywać jako źródło azotu, i dostarczać tlen.