Beaucoup de choses changent pour les astronautes lorsqu'ils quittent la Terre et se dirigent vers l'espace, mais au moins un reste le même :ils ont besoin de nourriture et d'eau. La NASA a récemment accordé un financement à deux équipes de l'Université de l'Arizona pour rechercher de l'eau et cultiver de la nourriture dans l'espace.

Animée par des chercheurs de la faculté d'ingénierie et de la faculté d'agriculture et des sciences de la vie, les missions se concentrent sur la collecte de l'eau de la surface lunaire et l'amélioration des techniques de production agricole en microgravité.

Récupérer l'eau du pôle Sud de la Lune

Il y a des cratères au pôle sud de la lune qui sont restés sombres pendant des milliards d'années, mais les scientifiques ont trouvé des preuves que la région peut contenir de l'eau. Non seulement essentiel pour le maintien de la vie humaine, l'eau peut être utilisée comme carburant dans les missions robotiques, un écran anti-rayonnement ou une forme de stockage d'énergie thermique.

Dans le cadre de son Artemis Student Challenge, La NASA a accordé près d'un million de dollars à huit équipes universitaires pour développer de nouvelles méthodes de recherche, et éventuellement extraire, l'eau de ces régions ombragées en permanence.

Une équipe commune de chercheurs, dirigé par la Colorado School of Mines en partenariat avec l'Université de l'Arizona, a reçu 114 $, 000 pour un projet qui combine la puissance laser avec des FemtoSats — minuscule, satellites jetables de la taille d'un bâton de beurre développés dans le laboratoire UArizona SpaceTREx.

« Les étudiants construisent en fait tout un système, ce qui est très rare à faire, notamment dans le domaine de l'aéronautique, " dit Jekan Thanga, professeur adjoint d'ingénierie aérospatiale et mécanique et directeur du laboratoire SpaceTREx de l'Université de l'Arizona. "Notre projet est un tremplin vers la mise en place des technologies nécessaires pour prospecter et extraire l'eau à la surface lunaire."

La Colorado School of Mines explore le concept d'utilisation de lasers pour alimenter les lumières et les machines utilisées pour l'exploration lunaire. Bien que l'association de lasers avec "le côté obscur de la lune" puisse sembler une évidence, les chercheurs ont besoin d'un low-cost, moyen à faible risque de tester la viabilité de l'utilisation de signaux laser pour l'alimentation et la communication dans un environnement lunaire. Entrez dans les FemtoSats.

"La particularité de ces gars (FemtoSats) est qu'ils sont si bon marché que vous pouvez en envoyer des dizaines, des centaines, peut-être même des milliers pour le prix d'un satellite ordinaire, " a dit Thanga. " Puisque l'environnement du pôle sud de la lune nous est si inconnu, les engins spatiaux jetables sont un moyen idéal pour explorer ces régions sans risquer d'endommager des engins spatiaux plus coûteux. »

Dans la mission proposée, un laser monté sur un atterrisseur touchera la surface de la lune et lancera les FemtoSats vers différents points de la surface lunaire à l'aide d'un mécanisme de type jack-in-the-box. Les FemtoSats recevront le signal du laser et le retransmettront pour démontrer la validité de l'utilisation du laser pour la communication.

"L'une des choses les plus excitantes à propos de ce défi est que plusieurs des concepts, s'il s'avère viable à la suite de ces attributions, pourraient éventuellement être intégrés et exploités ensemble à la surface de la lune, " a déclaré Chad Rowe, chef de projet par intérim Space Grant au siège de la NASA à Washington, D.C.

Les étudiants de l'Université de l'Arizona impliqués dans le projet comprennent l'étudiant diplômé Alvaro Diaz et les étudiants de premier cycle Matthew Johnson et Viru Vilvanathan, tous inscrits au College of Engineering. L'équipe de la Colorado School of Mines se compose d'étudiants diplômés des Ross Centers, David Dickson, Loren Kezer, Joshua Schertz et Adam Janikowski, dirigé par George Sowers, professeur de pratique en génie mécanique.

Cultiver des cultures dans l'espace

L'exploration spatiale habitée a longtemps capturé les cœurs et les esprits des gens à travers le monde. Cependant, l'un des principaux obstacles à la présence durable de l'homme sur la lune et au-delà demeure :un moyen durable et efficace de fournir aux astronautes des fruits et légumes nutritifs et fraîchement cultivés.

Le défi? Gravité zéro. Pour faire simple, l'eau se comporte différemment dans l'espace.

"Il n'y a pas de gravité, c'est donc très différent d'arroser un jardin dans votre jardin, " dit Murat Kacira, directeur du Controlled Environment Agriculture Center et professeur au Département de génie des biosystèmes. « Garder un bon équilibre entre l'eau et les nutriments au niveau des racines et maintenir des niveaux d'oxygène suffisants pour les cultures sont de vrais problèmes. »

Divers systèmes de production végétale sur la station spatiale ont été évalués et démontrés avec succès, y compris le système de production de biomasse, Système de production de légumes et habitat végétal avancé.

Dans le système de production de légumes, populairement connu sous le nom de VEGGIE, un jardin de la taille d'un bagage à main contient généralement environ six plantes. Chaque plante pousse dans un "coussin" rempli d'un substrat d'argile et d'engrais conçu pour aider à répartir l'eau, nutriments et d'oxygène autour de la zone racinaire.

Cependant, des défis demeurent pour une production alimentaire soutenue.

Améliorer les conceptions actuelles et soutenir ses objectifs de poursuite de l'exploration spatiale habitée, La NASA a accordé 1,12 million de dollars à l'Université de l'Arizona et à quatre autres équipes d'enquête. La charge :développer un système amélioré de distribution d'eau et de nutriments pour la culture de cultures dans des conditions de microgravité qui soit compatible avec l'espace disponible limité dans les habitats de la surface lunaire et les engins spatiaux.

Dirigé par Kacira, l'équipe de l'UArizona rassemble plusieurs chercheurs à l'origine des efforts de l'université sur les prototypes de serre lunaire/mars et les systèmes de soutien à la vie biorégénérative, dont Phil Sadler, un botaniste et un innovateur responsable de la conception globale et de la fabrication des modules Lunar/Mars Greenhouse, et Roberto Furfaro, directeur du Laboratoire d'ingénierie des systèmes spatiaux du College of Engineering.

« En s'appuyant sur notre histoire avec des systèmes de survie biorégénératifs, nous avons réuni une incroyable équipe interdisciplinaire de scientifiques et d'ingénieurs, " a déclaré Kacira. " La technologie que nous développons non seulement soutient l'avenir de l'exploration spatiale, mais peut être utilisée pour améliorer la production alimentaire ici même sur Terre. "

Les autres membres de l'équipe incluent Kitt Farrell-Poe, chef du Département d'Ingénierie des Biosystèmes et expert en procédés biologiques, qualité de l'eau et systèmes de traitement de l'eau; Minkyu Kim, un ingénieur biomédical spécialisé dans la conception et la synthèse de protéines artificielles, physique des polymères et matériaux mous; Barry Pryor, un professeur à l'École des sciences végétales qui se spécialise dans la gestion de la santé des plantes, phytopathologie et mycologie; John Adams, le directeur adjoint de Biosphère 2 et expert en faune sauvage, pêche et biologie; et Neal Barto, un ingénieur horticole qui prendra en charge le développement des capteurs, l'instrumentation et la surveillance du système.

L'Université de l'Arizona s'associera également avec Stefania De Pascale, Véronique De Micco, Youssef Rouphael et Chiara Amitrano de l'Université de Naples Federico II; Alberto Battistelli, Stefano Moscatello et Simona Proietti du Conseil national italien de la recherche; Daniel Schubert du Centre aérospatial allemand; Cesare Lobascio et Giorgio Boscheri de Thales Alenia Space-Italy; et Gary Stutte de SyNRGE LLC.