Slik kan kolonisering av verdensrommet se ut. Illustrasjonene under er fra et framtidsseminar som NASA arrangerte ved Stanford-universitetet på midten av 1970-tallet, hvor forskere og ingeniører skulle drømme fritt om hvordan mennesker kunne kolonisere verdensrommet.

Romskipet kalles en Bernal-sfære, og kan huse tusenvis av mennesker. Størrelsen er helt enorm. Det runde hovedrommet i midten skulle være mer enn 1,5 km i omkrets.

Planen var at romskipet skulle rotere rundt sin egen akse. Dette skaper kunstig tyngdekraft, siden folk og objekter inne i sfæren vil bli presset utover mot skallet, og det vil oppleves nesten som tyngdekraft. Jo raskere romskipet roterer, jo sterkere vil ”tyngdekraften” bli.

Verdensromkolonien skulle inneholde store leveområder og egne jordbruksringer, hvor store områder med dyrket mark skulle fôre innbyggerne.

Men, det finnes ingen romskip som dette. Bernal-sfæren er foreløpig bare science-fiction, en romskipdrøm foreslått av optimistiske fysikere og romforskere. De spekulerer i om den første av disse enorme romkoloniene kunne være ferdig en gang mellom 2002 og 2008, hvis konstruksjonsarbeidet begynte i 1990.

Dvergtomat i rommet?

For den virkelige koloniseringen av verdensrommet skjer med mye mindre skritt enn dette.

– Jeg ser for meg at det vi jobber kan bli grunnlaget for matdyrking på månen og Mars en gang i framtiden, sier Ann-Iren Kittang Jost, forskningsleder ved Senter for tverrfaglig forskning i rommet (CIRIS) på NTNU i Trondheim.

Kittang Jost jobber blant annet med plantedyrking – på den internasjonale romstasjonen.

– Det er noen små, første steg. Hvor lang tid det tar før det kan brukes i stor skala tør jeg ikke si.

Nå skal hun være med på å lede det nye prosjektet TIME SCALE i samarbeid med EU og den Europeiske romfartsorganisasjonen (ESA). De skal blant annet undersøke hvordan matplanter vokser i verdensrommet, og hvordan plantene på sikt kan bidra til luft og mat for romfarere.

– Vi har ikke helt bestemt oss for hvilken matplante vi skal prøve å dyrke. Vi har diskutert dvergtomat, salat eller soyabønner.

Resirkulering i verdensrommet

Mennesker trenger ganske mye stell og oppmerksomhet for å komme seg gjennom dagen. En astronaut trenger rundt 30 kilo med vann, mat og luft til sammen, hver eneste dag.

Dette blir fryktelig mange kilo etter hvert. Selv om noe av vannet kan resirkuleres, må det meste av forsyningene sendes opp fra jorda. Hvert kilo med last som sendes opp til romstasjonen, kan ha en fraktprislapp på titusenvis av kroner.

Hvis vi skal lengre ut i rommet eller til andre planeter, vil det være svært vanskelig, dyrt eller umulig å sende nye forsyninger fra Jorda.

Et viktig mål for framtidig romfart er å få til et lukket livstøttesystem. Dette betyr at vann, næringstoffer, luft og avfall bare sirkulerer rundt i et eget økosystem, akkurat som det naturlige kretsløpet på jorda. Idealet er at alt skal gjenbrukes, men det er fortsatt usikkert om det er mulig.

Astronautene kan leve på resirkulert mat og drikke, går på do, og puster resirkulert luft om og om igjen.

En bit i dette puslespillet er plantedyrking. Du kan blant annet få ut oksygen og mat ut av planten, mens næringstoffer og CO₂ brukes opp av planten.

Verdensrommet er annerledes

Men det er mye som må finnes ut av før vi kan lage veksthus for matplanter i verdensrommet.

Siden 2006 har planteeksperimenter på romstasjonen blitt styrt fra et kontrollrom ved CIRIS i Trondheim. Selv om instruksjonene kommer fra Trondheim, foregår eksperimentene i en modul på den internasjonale romstasjonen.

Til nå har det meste av forskningen foregått med den lille vårskrinneblommen. Dette lille ugresset er en såkalt modellplante, hvor hele genomet til planten er kartlagt.

Vann, luft og stressede planter.

Nå skal EMCS-modulen bygges om og oppgraderes for å blant annet undersøke hvordan matproduserende planter kan vokse under forholdene på den internasjonale romstasjonen.

Det er et ganske annet miljø på romstasjonen enn i fruktbar matjord her nede på jorda. All næring til plantene må tilføres og overvåkes, og både luft og vann oppfører seg helt annerledes enn her nede på jorda.

– Det finnes jo ikke noe opp eller ned i mikrotyngdekraften på romstasjonen, forteller Kittang Jost.

– En av de store utfordringene er å gi akkurat passe mengde med vann og næring til plantene med så liten tyngdekraft.

Det er ingen omrøring i verken luft eller vann i verdensrommet, og begge blir stående på stedet hvil hvis det ikke finnes maskiner til å fordele luften eller vannet rundt.

– Vi har for eksempel sett at det danner seg en stillestående film av luft rundt en plante, så planten blir stående og puste den samme luften, sier Kittang Jost.

I videoen under kan du se astronauten Chris Hadfield demonstrere hvordan vann oppfører seg i mikrogravitasjon når han vrir opp en våt vaskeklut på romstasjonen.

Samtidig skal det også utvikles og brukes systemer som overvåker plantestress, ved at sensorer merker om planten slipper ut det som kalles flyktige organiske forbindelser, et slags plantehormon.

– Det kan for eksempel være at planten ikke får nok vann, og vi kan dermed overvåke plantehelsa.

Plantene står ikke i jord, men i en slags stein som kan pakkes veldig godt sammen.

Velg tyngdekraft, Mars eller månen?

Akkurat som Bernal-sfæren øverst i artikkelen, har både den gamle og den nye modulen på romstasjonen kunstig tyngdekraft.

Det skal også undersøkes hvordan plantene reagerer på forskjellige tyngdekraftsforhold.

Plantene vokser og lever i en sentrifuge, som kan spinnes rundt for å simulere tyngdekraften på Mars eller månen. Mars’ tyngdekraft er rundt en tredjedel av jordas, mens månens tyngdekraft er under en sjettedel.

– Akkurat hvordan matplantene oppfører seg i denne typen tyngdekraft vet vi ikke så mye om.

– Det har blitt antatt at planter kanskje vokser greit i lavere tyngdekraft hvis vi har fått dem til å vokse i mikrogravitasjon, men det er en klar forskjell.

MELISSA

Når du har fått en dvergtomat ut av et framtidig veksthus på en romstasjon eller månebase, vil den naturlig nok ende opp i en astronautmage.

Astronauten vil etter hvert gå på do, og avfallsstoffene vil kanskje kunne gjenvinnes til ny plante- eller algenæring, som igjen kan brukes til å produsere luft eller dyrke nye planter.

Hele dette store kretsløpet blir testet ut i ESA-prosjektet kalt MELISSA (Micro-Ecological Support System Alternative). I 2009 ble et demonstrasjonsanlegg åpnet ved universitetet i Barcelona, hvor et lukket system med forskjellige teknologier har blitt testet ut og raffinert.

I videoen under kan du se algeforskning i MELISSA-sammenheng.

I sommer ble det blant skutt opp en foto-bioreaktor i verdensrommet. Dette er en lukket beholder hvor lys brukes som energi av mikroorganismer, som konverterer for eksempel CO₂ til O2.

Etter hvert håper ESA på at puslespillbrikkene faller på plass. Men disse prosjektene har lange tidshorisonter. Ifølge langtidsplanene til MELISSA, skal et endelig, fungerende lukket økosystem i verdensrommet være på plass i 2050.

Det vil også ta flere år før TIME SCALE-prosjektet ved CIRIS på NTNU er i gang oppe på romstasjonen. Romstasjonens livstid har nylig blitt utvidet, og skal holdes i drift til utgangen av 2024. 

Referanse:

Wolff, Kiitang Jost, m.fl: Effects of the Extraterrestrial Environment on Plants: Recommendations for Future Space Experiments for the MELiSSA Higher Plant Compartment. 189-204; doi:10.3390/life4020189

Space Settlements, a design study - NASA

Sammendrag av TIME SCALE-prosjektet

Closing the recycling circle - ESA