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Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration

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Una nueva generación de agricultura espacial está en camino

Los sistemas de soporte vital como el Sistema de Cultivo Modular Europeo (EMCS, por sus siglas en inglés) de la Estación Espacial Internacional (ISS) serán básicos para la viabilidad de las misiones de exploración espacial con humanos. El proyecto TIME SCALE retoma el desarrollo del EMCS, allanando el terreno para la creación de una nueva generación de sistemas de soporte vital capaces de alimentar misiones a la Luna y Marte.

Espacio

Han pasado doce años desde que la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzase el EMCS, una instalación experimental dedicada al estudio de la biología vegetal en entornos de gravedad reducida. Durante todo este tiempo, se ha podido desentrañar el modo en el que las plantas detectan la gravedad incluso cuando hay poca, cómo influye la gravedad en los procesos moleculares que regulan el crecimiento vegetal o cómo influye la luz en la proliferación celular y en el desarrollo vegetal en ausencia de gravedad. Pero el EMCS dista de ser perfecto, tal y como señala la doctora Ann-Iren Kittang Jost, jefa de investigación en CIRIS. «Las cargas útiles de la ISS que permiten realizar experimentos y demostraciones tecnológicas en la gravedad simulada de la Luna o Marte utilizando una centrifugadora tienen un volumen muy limitado para el cultivo. Además, el agua se inyecta o fluye a través de sistemas líquidos en los que los nutrientes se aportan liberándolos lentamente en el medio de cultivo. El principal problema es que de esta forma no es apenas posible controlar la cantidad de nutrientes disponibles para la planta y resulta complicado estudiar las dinámicas de nutrientes durante el periodo de crecimiento». En 2015, la doctora Kittang Jost se hizo cargo de la coordinación del proyecto TIME SCALE (Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration) con la intención de mejorar esta situación. El consorcio del proyecto creó cámaras de cultivo vegetal más grandes con un subsistema de gestión de agua y nutrientes (WNM, por sus siglas en inglés) reciclados con un sustrato completamente líquido. A pesar de su potencial, el WNM es uno de los subsistemas más complicados de gestionar en condiciones con gravedad reducida. «Es un ámbito en el que aún son necesarios amplios conocimientos y demostraciones tecnológicas adicionales a fin de desarrollar conocimientos fiables y experiencia de cara a la construcción de sistemas de soporte vital regenerativos y cerrados (CRLSS, por sus siglas en inglés) útiles en la exploración humana del espacio», afirma la doctora Kittang Jost. Para lograr el máximo de probabilidades de éxito, el equipo del proyecto propuso planteamientos y un montaje experimental para el cultivo de algas y vegetales. Crearon así un sensor multiiónico que permite vigilar iones de nutrientes y un sistema de cámara combinado con un cromatógrafo de gases compacto para detectar rápidamente el estrés en las plantas. Estas herramientas no solo ofrecen datos científicos en tiempo real, sino que también permiten poner en marcha sistemas de regulación a fin de tomar medidas correctoras cuanto antes en un sistema de cultivo. «El montaje experimental del sistema de cultivo es el resultado principal del proyecto, pero también hemos dado con una receta óptima para cultivar vegetales, observado los efectos de las concentraciones de nitrato en las soluciones de nutrientes durante la transpiración de la lechuga, desarrollado un sistema de vigilancia de la salud que combina cámaras y analizadores de gases, e ideado tecnologías innovadoras, como un sensor multiiónico y cromatógrafos de gases compactos para analizar líquidos y gases tanto en aplicaciones terrestres como espaciales», señala la doctora Kittang Jost. Tres de estos productos ya se han comercializado o se comercializarán en breve, actualizaciones para un sistema de cromatografía de gases compacto, un analizador multiiónico automático singular con EC y pH, y el sistema de cámara para vigilar la fitosanidad que está en proceso de acuerdo de licencia. Si bien el proyecto ya ha llegado a su fin, los socios de TIME SCALE continuarán desarrollando sistemas de cultivo de vegetales y algas para la ISS y para futuras misiones de exploración espacial. «Se creará una empresa semilla que se centrará en los sistemas de gestión de agua y nutrientes, así como el sistema de control por imagen de la fitosanidad», concluye la doctora Kittang Jost. «La tecnología innovadora y los conocimientos generados en TIME SCALE abren la puerta a nuevos proyectos de investigación y desarrollo con los que lograr una producción sostenible de alimentos en aplicaciones terrestres y espaciales».

Palabras clave

TIME SCALE, agricultura espacial, EMCS, cultivo, ISS, alga, nutrientes, exploración espacial

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