A Mars-küldetésekhez frissített vacsora menüre lesz szükség

Mivel hosszú távú űrmissziókat tervezünk, a tudósok azt tanulmányozzák, hogyan lehet élelmiszert termeszteni a Vörös Bolygón, és hogyan lehet javítani a csomagolt snackek táplálkozását

írta Sam Lemonick

HIRDETÉS

Az olyan űrszervezetek, mint a NASA és a SpaceX szerint legénységet szállító misszió a Marsra a következő pár évtizedben megtörténhet. A tudósoknak sok problémát meg kell oldaniuk, mielőtt ez megtörténhet. Milyen jármű szállítja az űrhajósokat ilyen messze (kb. 56–64 millió km)? Hol lesznek a vörös bolygó felszínén, hol fognak lakni? Mit fognak lélegezni?

Ezek összetett, elrettentő kihívások, amelyek megoldása a csapatoknak évekig tart. De a tudósoknak van egy másik, ugyanolyan alapvető kérdésük, amelyet meg kell válaszolniuk a Mars felé tartó űrhajósok számára, amelyet naponta felteszünk magunknak: mit fognak enni?

A tudósok sokat tanultak az űrhajósok etetéséről az elmúlt 60 év űrutazás során. Ennek ellenére a leghosszabb, amikor egy űrhajós egyetlen űrben tartózkodott egyetlen küldetésen, mindössze 14 hónap. A Mars-küldetés körülbelül 2 évet vesz igénybe, ezért a tudósok az élelmiszerekben lévő molekulákat tanulmányozzák, és új megközelítéseket és új technológiákat kutatnak annak érdekében, hogy az űrhajósok hosszú távú küldetéseken egészségesek és boldogok maradjanak.

Mivel a fedélzeten lévő rakomány súlya minden rakétaindításnál komoly aggodalomra ad okot, nem valószínű, hogy a Mars személyzete 2 évnyi ételt cipelne magával. Élelmük egy része valószínűleg külön rakétával halad előttük, vagyis feldolgozni és csomagolni kell, hogy friss maradjon, amíg a legénység meg nem jelenik. De a Mars űrhajósainak is szükségük lehet egy másik táplálékforrással kiegészíteni ezeket az ételeket, amire az egyik földhöz kötött ember évezredek óta támaszkodik: a mezőgazdaság.

Saláta tanfolyam

A tudósok szinte addig termesztenek élelmiszert az űrben, amíg űrhajósok élnek ott. A szovjet űrhajósok sikeresen termesztettek kínai káposztát, len, póréhagyma és hagymát 1971-ben az első űrállomáson legénységgel, Salyut 1. A tudósok tudni akarták, hogy a növények növekedhetnek-e az űrben, és már azon gondolkodtak, hogyan táplálják az űrhajósokat egy holdbázison vagy más hosszú távú küldetéseken.

A friss zöldségek kulcsfontosságúak lehetnek az űrhajósok egészségének megőrzésében az űrben. A kutatók tápanyaghiányra számítanak az űrhajósokban, akik hónapokat töltöttek az űrben. A NASA Matt Romeyn szerint az űrben termesztett növények segíthetnek pótolni a táplálkozási hiányosságokat. (Annak ellenére, hogy a C&EN azt kívánja, hogy a nevét a salátához hasonlóan ejtsék, a „sor-az enyém” néven szerepel.) A NASA Vegetáriánus nevű zöldségtermesztési rendszerén dolgozik, egyfajta csúcstechnológiás üvegházban, amely most a Nemzetközi Űrállomáson repül (ISS). ).

A növények olyan tápanyagokat nyújthatnak, amelyeket testünk könnyebben felvesz, mint a multivitaminok, mondja Romeyn. A növények az alapvető vitaminokon túl sok tápanyagot is tartalmaznak, amelyeket tabletta formájában is bevehetnek.

Szerencsére a tudósok megállapították, hogy nem túl nehéz növényeket termeszteni az űrben. "A növények nagyjából ugyanúgy nőnek az űrben, mint a Földön" - mondja Romeyn. Az egyik kihívás az öntözés. Az öntözőkannák egyrészt mikrogravitációban nem működnek. Ennél is fontosabb, hogy az űrben lévő víz nem vesz fel olyan gázokat, mint az oxigén, amelyeket a növények a gyökérzetükön keresztül vesznek fel a vízből. Tehát ahelyett, hogy növényeket termesztenének talajban vagy akár hidroponikusan, talaj nélkül, a NASA Veggie rendszerének növényei gyökereikkel zárt rendszerben - porózus növekedési közeggel megtöltött párnákban nőnek, amelyek mindent megadnak, amire szükségük van. A párnák belsejében lévő poliuretán bevonatú pelleteket úgy tervezték, hogy hónapok alatt felszabadítsák a tápanyagokat. A párnák pedig vízzel látják el a növényeket, és lehetővé teszik, hogy a levegő gyökereikbe jusson.

Az űrhajósok a Veggie-t azzal demonstrálták, hogy vörös leveles salátát termesztettek az ISS-en. Romeyn szerint a tudósok most tudni akarják, hogyan változtatja meg az űr az ott termesztett növények által termelt kémiai tápanyagokat, összehasonlítva azokkal, amelyekkel a növények rendelkeznek a Földön. A NASA káposztanövényeket küld, hogy megvizsgálják, hogyan változtathatja meg az űrben való növekedés a kéntartalmú glükozinolát vegyületek szintjét, amely megtalálható a brokkoliban és a kelbimbóban is. Bár ezek a vegyületek egészségügyi előnyökkel járhatnak, túl sok közülük kedvezőtlen ízt tud produkálni, amint valószínűleg sok gyerek elmondhatja. Ha a szintek túl sokat változnak, ezek a zöldségek nem biztos, hogy megfelelnek az űrmisszióknak. Romeyn szerint a NASA paprikát is fog termeszteni, hogy megvizsgálja a kapszaicin szintjét, amely molekula fűszeressé teszi őket.

A zöldségtermesztés azonban nem csak táplálkozás. Az első űrhajós gazdák felfedezték, hogy növényeik gondozása és ápolása fontos pszichológiai előnyökkel is jár. Romeyn szerint az ISS személyzete élvezetet élvez a növények termesztésével és a színesebb színnel a drága űrállomáson. A növények még nagyobb pszichológiai változást hozhatnak a 9 hónapos Mars-utazás során, amikor az űrhajósok elfoglaltsága nem sok lehet - mondja Romeyn. "Előnyös, ha van valami produktív feladata."

Amint a legénység eléri a Marsot, a gravitáció megoldja az ISS-ben látott növekvő problémákat. A marsi gravitáció kevesebb, mint a fele a Földénél, de mégis súlyt ad a dolgoknak, ellentétben az ISS súlytalan körülményeivel. Romeyn szerint az űrhajósoknak képesnek kell lenniük növények marsi talajban történő termesztésére a korábbi vizsgálatok szerint. A Marson épített bármely mezőgazdasági szerkezet nagyobb szerepet játszhat, mint az élelmiszerek elhelyezése, beleértve a szennyvíz tisztítását és a szén-dioxid oxigénné történő átalakítását az űrhajósok lélegzéséhez.

Főétel

A zöldségek remekek, de nem elégek egy teljes étkezéshez. A hosszú időtartamú küldetésekben részt vevő űrhajósok valószínűleg nagy mértékben támaszkodnak majd a feldolgozott, csomagolt élelmiszerekre a többi szükséges tápanyag biztosításához. Ezek nem fagyasztva szárított ételek, mint az úgynevezett űrhajós fagylalt (amelyet a nyilvántartás szerint még soha nem ettek az űrben). Hasonlítanak az étkezésre kész ételekhez (MRE), amelyeket az amerikai katonák rágcsálnak: lezárt tasakokban előkészített ételeket, amelyek újramelegíthetők vagy fogyaszthatók. Az ISS személyzete már sok ilyen ételt eszik, és a NASA most megpróbálja az űrhajósoktól levont rövid távú tanulságokat az évekig tartó missziókra alkalmazni.

A NASA tudósai három paraméterre összpontosítanak a hosszú ideig tartó missziós ételek keresésekor: elfogadható táplálkozás, elfogadható minőség és változatosság. A második és a harmadik az űrprogramok alapvető kihívását jelenti: az űrhajósok eleget esznek.

A tudósok tudják, hogy az űrhajósok kevésbé egészségesek az űrben. Sokan fogynak és izomtömeget veszítenek, és a tápanyaghiány kockázata növekszik a küldetés hosszával. Az űrhajósok pedig a Mars előőrsének korai küldetéseinél több időt tölthetnek űrruhákban, mint az ISS legénységei most, vagyis sok kalóriára lesz szükségük. Tehát fontos, hogy a rendelkezésre álló ételeket meg akarják enni - állítja Grace Douglas, a NASA Exploration Food System projektjének vezető tudósa, amelynek feladata, hogy megtalálja a legénység etetésének módját hosszú évekig tartó küldetések során. Rámutat, hogy a katonaság 21 napra korlátozza a csapatokat, csak MRE-t fogyasztva, mert megállapította, hogy ez idő után a katonák annyira betegek tőlük, hogy csak kevesebbet kezdenek enni.

Az ISS személyzete körülbelül 200 tételből álló menüből választhat, beleértve az italokat is, ami Douglas szerint nem olyan sok választás, mint gondolná. A NASA és partnerei körülbelül havonta küldnek élelmiszert és egyéb rakományt utánpótlási küldetésekre az ISS-be. Az ISS előtt az űrrepülőgépeken repülő űrhajósok pontosan azt választhatták ki, mit akartak enni a misszióik során. De Douglas szerint a NASA átköltözött a 200 tételes menübe az etető személyzet logisztikájának egyszerűsítése érdekében. Hozzáteszi, hogy a Mars-küldetés menüjének elkészítése még nehezebb lesz. Egyrészt az ételt még azelőtt el lehet juttatni a Vörös Bolygóra, hogy a misszió személyzetét még kiválasztották. A NASA nem talált tökéletes ételeket, amelyek minden űrhajósnak tetszeni fognak, mondja, ezért az ügynökség a változatosság biztosítására összpontosított.

Ha az űrhajósok elfogyasztása fél siker, a másik fele gondoskodik arról, hogy az ételeik biztonságosak legyenek. Annak biztosítása, hogy az űrhajón tárolt vagy a marsi síkságon ülő ételek étvágygerjesztőek és táplálóak is legyenek, ha egy űrhajós kinyitja a csomagot, attól függ, hogy hogyan dolgozzák fel és tárolják őket. Ezért a NASA a szakértőkhöz fordult: az amerikai hadsereghez.

A NASA kiválasztotta Ann Barrett, Danielle Froio-Blumsack és más kutatókat az amerikai hadsereg harci képességeinek fejlesztési parancsnokságának katonaközpontjával, hogy megvizsgálják, hogy a csomagolt, vitaminokkal dúsított élelmiszerek tápanyagtartalma és étkezési képessége mennyi éven át tárolható. Barrett csoportja az áfonya granola rúd és a csokoládé-mogyoró ital keverék alacsony és magas zsírtartalmú változatait tanulmányozta, mindkettő alacsony nedvességtartalmú étel. Froio-Blumsack csapata magasabb nedvességtartalmú krémes Cajun csirkét vizsgált. Az ételeket mind kifejezetten ezekhez az űrkutatásokhoz készítették.

Mindkét csapat rendszeresen tesztelte ezeknek az élelmiszereknek a szobahőmérsékletű raktárban 3 évig tárolt mintáit, valamint a 38 ° C-on gyorsított öregedésnek kitett mintákat. A raktári körülmények valószínűleg hasonlóak ahhoz, amit a Mars felé tartó élelmiszer tapasztalna, a gravitáció kivételével, bár árnyékolás nélkül kozmikus és napsugárzást is kaphatnak, amelyet a hadsereg csoportjai nem tanulmányoztak.

Barrett csoportja úgy találta, hogy az A-, B-1-, B-9-, C- és E-vitaminok ebben az időszakban megfelelően stabilak voltak az alacsony nedvességtartalmú ételekben (J. Food Sci. 2018, DOI: 10.1111/1750-3841.14218). A B-9-vitamin lebomlott a legjobban, körülbelül 25–30%, de az azon a tartományon belül maradt, amelyet a NASA elfogadhatónak ítélt űrhajósainak fenntartására. Egyes vitaminok, például a B-1, a különböző ételek alacsony és magas zsírtartalmú változataiban másképp bomlanak le. Froio-Blumsack munkáját még nem tették közzé, de elmondása szerint csapata úgy találta, hogy a magasabb nedvességtartalmú ételekben is stabilak a vitaminok. Barrett 5 évre meghosszabbította tanulmányát, és hasonló stabilitást talált, és Froio-Blumsack is ezt tervezi.

Mindkét csoport azt is megmérte, mennyire csábító az étel a raktárban ülve. Képzett tesztelők megállapították, hogy a különböző ételek megőrzik minőségüket, bár Barrett alacsony zsírtartalmú rúdjai morzsálódni kezdtek - ami problémát jelenthet az űrben, ahol lebegő morzsák kerülhetnek a berendezésekbe. Froio-Blumsack szerint a tesztelők a kísérletek kezdetén nem találták annyira finomnak a Cajun csirkét, de szerencsére nem lett sokkal rosszabb.

Barrett csoportja standard MRE csomagolásban tárolta ételeit, de Froio-Blumsack csapata különböző csomagolási és tartósítási lehetőségeket is tesztelt. A katonai MRE-k műanyaggal bevont alumínium fóliát használnak, amely erős gátat jelent a levegőnek és a nedvességnek, ami ronthatja az élelmiszereket és ösztönözheti a mikrobák növekedését. A NASA azonban szeretne távolodni ettől a csomagolástól, hogy növelje az ételek ízét. A csomagolás miatt a katonai MRE-ket nyomás-főzéssel tartják fenn. Egy másik módszerre való áttérés, mint például a mikrohullámú asszisztált hősterilizálás, amely rövid, nagy teljesítményű mikrohullámú burstokat használ az élelmiszerekben lévő mikrobák elpusztítására, elméletileg magasabb minőségű ételekhez vezethet. De az alumíniumfólia nem mehet be a mikrohullámú sütőbe, ezért a Froio-Blumsack csoport réteges műanyag csomagolást tesztelt alumínium-oxid bevonattal.

A kutatók tesztjei azt mutatták, hogy a fóliához képest több oxigén hatolt be ezekbe a műanyag tasakokba, de a 3 éves vizsgálat során nem találtak mikroba növekedést. Kipróbálták a besugárzás útján történő tartósítást is, amelyet a NASA az ISS-hez küldött friss húsdarabokhoz használ, de ez a folyamat elpusztítja az élelmiszerekben lévő vitaminok nagy részét.

Az ISS-t leszámítva évtizedek teltek el azóta, hogy a NASA vagy bármely más űrszervezet egy hold- vagy Mars-út léptékében megkísérelte a legénységgel folytatott küldetést. És még akkor is, ha a politikai akarat és a költségvetés összehangolódik annak érdekében, hogy megvalósuljon, még évekbe telik, mire ez elindul. De az űrhajósoknak enniük kell, függetlenül attól, hová küldik őket, és az étlapjukon dolgozó kutatók tudják, hogy tovább kell dolgozniuk, hogy felajánlásaik megfelelőek legyenek.

A Mars legénysége tasakokkal és tasakos tejszínes Cajun csirkével nézve valószínűleg köszönetet mond nekik.

JAVÍTÁS

Ezt a cikket 2019. október 7-én frissítettük, hogy kijavítsuk az űrhajósok tápanyaghiányáról szóló állítást. A kutatók hiányosságokkal számolnak a hosszú ideig tartó missziókban, de még nem figyelték meg őket.