¿Sería factible un sistema de recursos biológicos para vuelos tripulados a largo plazo?

Si entiendo correctamente lo que está preguntando, esta es esencialmente la misma idea que la Biosfera 2 , donde las plantas administran el aire y el agua de su nave espacial para mantenerla habitable. El experimento Biosphere proporcionó una línea de base de lo que se requeriría para lograrlo y, de hecho, probó dicho sistema. El diseño requería que 8 personas permanecieran dentro de las instalaciones de 204 000 metros cuadrados durante 2 años, con el único cambio ambiental externo proveniente de la forma de controlar la temperatura y la lluvia, todo desde dentro del sistema contenido. Una foto del sistema se puede ver a continuación, procedente de Wikipedia .

Para lograr esto, necesitas tener una gran instalación. Solo para poner esto en perspectiva, el volumen total de la Estación Espacial Internacional es de 837 metros cuadrados. La biosfera es así unas 240 veces más grande que la ISS. Por supuesto, hay aspectos de la biosfera que no necesitarían reproducirse para mantener completamente los sistemas en una estación espacial (cámaras de aire variables, etc.), pero eso solo reduciría el tamaño tal vez por un factor de dos. E incluso así, el sistema no pudo mantener un entorno verdaderamente independiente, durante la primera prueba, tuvieron que traer oxígeno y recurrieron al uso de reservas de alimentos de emergencia.

La conclusión es que usar esto requeriría un sistema extenso. Se podría implementar un sistema híbrido, donde las máquinas hagan parte de la conversión de dióxido de carbono a oxígeno y se cultiven alimentos, con una reducción significativa en el espacio requerido, y esa es la solución más probable que podríamos ver en el corto plazo. futuro.

Por un lado, se debe evitar un sistema de recursos biológicos porque son grandes y consumen mucha energía. Por otro lado, es probable que sea necesario debido a los complejos requisitos bioquímicos de los humanos.

Reciclar O2 y H2O es técnicamente fácil. Pero no vivimos solo de O2 y H2O. Hay muchos micro y macro nutrientes esenciales que se deben proporcionar. Pero "esencial" es específico de la especie y no hay garantía de que las conozcamos todas. Puede haber, por ejemplo, una coenzima que aún no hemos identificado. Enviar humanos a un viaje espacial prolongado con una dieta sintética sería una manera perfecta de descubrir el "escorbuto espacial".

Las algas son un "alimento espacial" prometedor, ya que se pueden cultivar a partir de aportes de sales inorgánicas, CO2 y luz. Dado que las algas son metabólicamente mucho más sofisticadas que los humanos, existe una posibilidad razonable de que fabriquen los micronutrientes misteriosos que aún tenemos que descubrir.

Además de los problemas de palatabilidad, existen importantes problemas de recursos para el cultivo de algas en el espacio.

Son energéticamente ineficientes. Solo se captura alrededor del 12% de la luz incidente. Requieren un rango de intensidad de luz "Ricitos de oro". Demasiado es tóxico. Demasiado poco y no hacen la fotosíntesis. La radiación solar es muy difícil de utilizar como fuente de luz, por lo que el biorreactor se convierte en un drenaje significativo del suministro eléctrico de la nave espacial.

Debido al autosombreado, las algas requieren un rango estrecho de concentración suspendida en el medio de cultivo. Esto significa que se requiere una masa significativa de medios.

Trabajé en un proyecto para construir un sistema de algas basado en la Tierra para generar oxígeno médico para clínicas aisladas en países en desarrollo. El sistema requería un metro cúbico (una tonelada métrica) de medios para proporcionar O2 a una sola persona. Estos son requisitos de medios de crecimiento similares a los de la demostración de algas en la ISS. https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/photobioreactor-better-life-support

Otro problema es el cultivo de algas en gravedad cero. En la tierra, las burbujas son una forma conveniente de separar los gases de los medios de cultivo y agitar los medios. Las burbujas no tienen los mismos usos en el espacio.