کشاورزی در فضا چگونه خواهد بود؟

چه روی کاغذ و چه در آزمایشگاه؛ پروژه‌های بسیاری در زمینه سکونت انسان در فضا و مسایل و چالش‌های پیرامونی آن در موسسات پژوهشی بزرگ دنیا تعریف شده است.

مثلا نحوه ساخت اقامتگاه‌های فضایی؛ روش انتقال ابزارهای ساخت و حتی خود داوطلبان سکونت در فضا و حتی تبعات روانی زندگی خارج از زمین؛ همچنان موضوع بحث و بررسی پژوهشگران است. یکی از این مهمترین این چالش‌ها مساله تامین غذایی انسان‌های ساکن فضاست.

تامین مواد غذایی ساکنان خارج از زمین؛ چه در سیارات دیگر مثل مریخ باشد؛ چه در مدار زمین و چه در پروژه‌های توریسم فضایی تفاوتی نمی‌کند. مهمترین پرسش این است که چگونه می‌توان مواد غذایی فضانوردان را تامین کرد؟ برای نمونه در مریخ؛ پیش شرط‌های لازم برای کشت و زرع آن‌گونه که در زمین مهیاست وجود ندارد. اما این بدان معناست که باید از کشاورزی در فضا (چیزی شبیه به داستان فیلم مریخی The Martian) صرف نظر کرد؟

تامین مواد غذایی انسان؛ دستکم در مدار نزدیک به زمین به ازای هر کیلوگرم ۲۰ هزار یورو برآورد شده است و درباره انتقال آن به مریخ این رقم تخمینی برای انتقال یک کیلوگرم محموله غذایی؛ یک میلیون یورو تخمین زده می شود.

از آن‌جایی که هر انسان در طول روز به بیش از یک کیلوگرم غذا (چیزی در حدود ۲۰۰۰ کیلوکالری) نیاز دارد و عموما بیش از یک نفر در هر پروژه فضایی شرکت می کنند و در فضا ساکن می شوند این مبلغ سرسام آور و فراتر از حد تصور بالا می‌رود. یک سناریو برای حل این مشکل؛ ایجاد و ساخت گلخانه‌ای برای تامین  ماده غذایی در خود محل سکونت در فضاست.

گیاهان برای رشد به نور و ماده مغذی نیاز دارند. چیزی که بر روی زمین با وجود تابش خورشید و ماده مغذی  خاک و هوا در دسترس است. یک راه ممکن در فضا این است که از پنل‌های خورشیدی کمک بگیریم. گیاهان و انسان در این همزیستی متقابلا به یکدیگر نیازمندند.

از آنجایی که وضعیت خلا در فضا یا اتمسفر حاکم بر سایر سیارات برای رشد گیاهان مساعد نیست؛ اصل مساله باز می‌گردد به همزیستی متقابل انسان و گیاه! انسان در این همزیستی ؛ آب و دی اکسید کربن (با تنفس) مورد نیاز را تامین می کند و گیاه نیز در مقابل اکسیژن مورد نیاز انسان را تامین کرده و برای خودش گلوکز ذخیره می‌کند. به زبان شیمی‌دان ها می توان این داد و ستد متقابل را به شکل زیر صورتبندی کرد:

۶ CO2 + 6 H2O ⇌ C6H12O6 + 6 O2

در سفرهای طولانی مدت فضایی حمل مواد غذایی از زمین تقریبا غیر ممکن است و باید در فضا کشاورزی کرد.

فضولات انسانی در این میان نقش ماده مغذی رشد گیاهان را ایفا می‌کند. یکی از قدم‌های تحقیقاتی مهمی که در این راه برداشته شده پروژه مرکز فضایی آلمان DLR است که در قالب ماموریت EU:CROPIS انجام می‌شود.
در جریان این پروژه قرار است امکان‌پذیری طرحی که در بالا توضیح داده شد مورد پژوهش قرار بگیرد. در این آزمایش؛ مجموعه‌ای از باکتری‌ها و دو بوته گوجه فرنگی در ماهواره‌ای در ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری زمین قرار گرفته‌اند و با به راه انداختن واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز برای رشد گیاه؛ ثمربخشی کشت گیاه در فضا بررسی می‌شود. نورهای LED چرخه روز  و شب را شبیه‌سازی می‌کند و از آن‌جایی که مواد مغذی مورد نیاز برای رشد گیاه هم به صورت مصنوعی از فضولات انسانی تامین می‌شود؛ تنها مشکلی که باقی می ماند نیروی گرانش است. از آغاز شکل گیری زمین؛ چهره آن با گذشت میلیاردها سال مدام تغییر کرده است. محیط زیست؛ اتمسفر؛ پوشش گیاهی و … همه و همه در جریان تحولات طبیعی دگرگون شده‌اند. اما در این بین یک چیز ثابت مانده است و آن هم نیروی گرانش است. نیرویی که نقش بنیادی در فرایندهای فیزیکی و شیمیایی موجودات زنده ایفا می کند و هم بر تولید مثل و هم بر توسعه و تکامل و رشد آن‌ها تاثیرگذار بوده است. گیاهانی که در خشکی روییدند و موجوداتی که با داشتن اسکلت توانستند اعضای خود را که توسط گرانش و به عبارتی نیروی وزن به سمت زمین کشیده می‌شد در کنار یکدیگر نگاه دارند. استفاده اجزای گیاه از آب جذب شده در ریشه‌ها که بر خلاف  نیروی گرانش به سمت بالا حرکت می‌کند و حتی مقاومت در برابر نیروی حاصل از جریان باد (و در اعماق اقیانوس ها نیروی حاصل از جابجایی سیال) مثال‌هایی از اهمیت و تاثیر گرانش در اشکال مختلف حیات روی زمین است. اینکه گیاه از کدام سمت ریشه بزند و ساقه‌ها به کدام سمت بروند چیزی است که باید در فضا به صورت مصنوعی شبیه سازی شود.

شبیه سازی نیروی گرانش (با ثابت گرانش m/s²۹.۸)   به لحاظ نظری کار سختی نیست. کافی است بدانیم که نیروی مجازی حاصل از چرخش ماهواره به دور خود با چه سرعتی باید باشد تا نیرویی معادل نیروی گرانش زمین شبیه سازی شود. گلخانه فضایی با گردش حول محور خود می تواند این مساله را نیز حل کرده و کسی چه می داند؛ شاید آنچه که امروز صرفا در قالب  یک طرح تحقیقاتی اولیه انجام می شود؛ روزی مهمترین نیاز کلونی انسان در فضا برای تامین منابع غذایی باشد.