Maapallo kuumenee, valtameret hapettuvat, Amazonin metsät ovat tulessa ja arktinen alue on peitetty mikromuovilla lumen sijasta. Ihmiskunnan haitat ovat asiantuntijoiden mukaan niin suuria, että globaali ekologinen katastrofi on jo alkanut. Jopa optimistien on vaikea kieltää sitä, että ekologinen jalanjälkemme on enemmän kuin raskaiden kenkäjälkien pinta, johon me tallaa planeetan kasvot. Tätä synkää taustaa vasten on aiheellista kysyä: eikö ole hätätöntä heittää valtavia määriä rahaa ihmisten lähettämiseksi syvään avaruuteen, muihin maailmoihin? Tai ehkä, päinvastoin, tämä on kyyninen ratkaisu sellaisten planeettojen kiireellisiin ongelmiin, jotka putoavat takapiikkiin?
Avaruusmatkat voivat kuitenkin tarjota ihmiskunnalle paljon muutakin kuin pelkän hengenpelastavan oljen eksentrisille miljardööreille. Olipa kyseessä moderni avaruusalus matalalla maapallon kiertoradalla vai tulevaisuuden kuun tai Marsin esipiste, meidän on toistettava planeetan ulkopuolella oleva elinkaari tavalla tai toisella. Ja nykyisiin ja tuleviin avaruuslentoihin tarvitaan suljetun kierron ja universaalin käsittelyn tekniikoita - ne tarjoavat tyhjentämättömän veden, ilman ja ruoan virtauksen.
Toisaalta, me jo tiedämme, kuinka vaarannamme planeetan ja mitä siihen on tehtävä. "Kaikki kestävän elämän kannalta tarpeelliset välineet ovat täällä ja nyt", kertoi Columbia Universityn klimatologi ja NASA-yhteistyökumppani Kate Marvel. "Kyllä, emme vieläkään pysty ratkaisemaan ilmastomuutoksen ongelmaa, mutta emme ollenkaan, koska avaruus houkuttelee meitä." Avaruuslennot eivät yksin pysty pelastamaan maapalloa, ja vielä enemmän naiivien unelmien vuoksi poistumisesta kotiplaneettaan.
Maatalouden tölkki
On mahdotonta selviytyä ilman teknologisia innovaatioita avaruudessa, mutta aiemmat päätökset olivat luonteeltaan puhtaasti väliaikaisia. Muista vain NASA: n miehittämien lentojen sarja Apollo-avaruusaluksella - niiden enimmäiskesto saavutti 12 päivää. Mutta muutos on aivan nurkan takana: Trumpin hallinto lupaa laskeutua kuuhun vuoteen 2024 mennessä. NASA: n Kennedy-avaruuskeskuksen vanhempi lentotestitutkija Luke Robertson sanoo, että virasto aikoo rakentaa kuun pintaan kestävän infrastruktuurin vuoteen 2028 mennessä, mikä vaatii pitkäaikaista, uusiutuvaa ruoan, ilman ja veden varastointia.
Jotkut näistä tekniikoista ylittävät astronautian. Lopulta varsin harvat avaruusjärjestöjen kehittämät keksinnöt siirtyivät kaupalliseen alaan. Otetaan esimerkiksi joukko ekologisesti suuntautuneita hankkeita - mukaan lukien kestävä öljyntuotanto ja LED-valaistuksen käyttö viljelyyn.
Sadonkorjuu avaruudessa ei ole vähäpätöinen tehtävä. Joten tekniikoilla, kuten erikoisvalaisimilla ja edistyneillä antureilla, on avainasemassa kansainvälisessä avaruusasemassa (ISS), jossa ruoan tuottamiseen käytetään energiatehokkaita menetelmiä, kuten Veggi-järjestelmää, selittää NASA: n viljelijä Joya Massa. Kasvien kasvun merkkivaloja käytettiin ensimmäisen kerran 1980-luvulla osana NASA-kokeita. Massa toteaa, että nykyään tämä tekniikka säästää valtavia määriä energiaa kasvihuonekasvien tuotannossa.
Mainosvideo:
NASA työskenteli myös Florikanin kanssa. Tämä yritys kehittää polymeeripäällysteisiä lannoitteita, jotka vapauttavat ravinteita hitaasti ja vähitellen. Tämä auttaa vähentämään lannoitteiden valumista ympäristöön ja vähentämään ympäristövahinkoja. Lannoitteita, Massa sanoo, on käytetty menestyksekkäästi avaruudessa ja ne ovat osoittautuneet hyvin ISS: ään. Vaikka ne on tarkoitettu käytettäväksi edelleen avaruudessa, niitä käytetään menestyksekkäästi myös kaupallisessa maataloudessa.
Jotkut ympäristöinnovaatiot ovat syntyneet vain siksi, että NASA pyrkii vastuulliseen ympäristöhallintaan, sanoo teknologiansiirron johtaja Daniel Lockney. Avaruuslaitteiden rakentaminen maan päällä on sotkuista liiketoimintaa. Polttoaineet, maalit, liuottimet ja muut myrkylliset materiaalit voivat päästä ympäristöön. Siksi NASA kehitti emulgoidun nollavalenssisen raudan (EZVI), materiaalin, joka “tarttuu” kloorattuihin liuottimiin pohjavedessä. Alun perin sitä käytettiin aloituspaikkojen puhdistamiseen, mutta vähitellen sitä käytettiin kemiantehtaissa ja voimakkaasti saastuneilla alueilla hallituksen Superfund-ohjelman puitteissa.
Kosmonautit ja maanmiehet tarvitsevat juomaveden. Myrkkytty vesi tappaa miljoonia ihmisiä vuosittain, ja kaikki keinot ovat hyvät tämän tragedian estämiseksi.
Hyvä esimerkki siitä, kuinka NASA voi ratkaista tämän ongelman, on mikrobiologinen takaiskuventtiili. Järjestelmä kehitettiin alun perin amerikkalaisille avaruusaluksille, mutta sen päivitetty versio on asennettu ISS: ään, estäen passiivisesti haitallisten mikrobien pääsyn juomavesisäiliöihin. Muut muutokset toimivat maapallolla, pitäen veden puhtaana saastuneilla alueilla, joilla ei ole pääsyä sähkölle - ja hammaskirurgiassa. (Muista neste, jolla huuhtelet suuasi käytyäsi lääkärilläsi? No, tämä vesi on puhdistettu samalla puhdistuksella suun infektioiden minimoimiseksi.)
Roberson ja Melanie Pickett, NASA-tutkija, joilla on tohtorin tutkinto, työskentelevät avaruusmatkojen vedenpuhdistusjärjestelmissä, mukaan lukien ISS. Jätevedet käsitellään nyt kemikaaleilla. "Mutta nämä kemikaalit eivät ole kestäviä", Roberson sanoo. Järjestelmä vaatii jatkuvaa täydennystä maapallolta. Hän ja Pickett kehittävät uusia järjestelmiä, jotka käyttävät kasveja ja mikrobeja jätteiden käsittelyyn. Viime kädessä tämä osoittautuu uudeksi sanaksi käymälöiden ja septisten säiliöiden työssä maan päällä.
Kuten vedessäkin, hengittävän ilman tekeminen rajattomaksi resurssiksi avaruudessa ei ole kaikkea helppoa. ISS: ssä happea uutetaan perinteisesti vedestä - sitä on tuotava jatkuvasti maasta, mikä on kallista ja tuhlaa. Vuodesta 2018 lähtien Euroopan avaruusjärjestö (ESA) on yrittänyt kääntää asiat ympäri uutta ja parannettua suljetun kierron järjestelmää, joka poistaa hiilidioksidin avaruusaseman ilmakehästä, vapauttaa happea hengittävän ilman täydentämiseksi ja säästää vettä.
Jopa suhteettoman suuressa mittakaavassa ja erilaisilla toimintavaatimuksilla hiilidioksidin talteenottojärjestelmät ovat erittäin hyödyllisiä maapallolla osana kokonaisvaltaista ratkaisua ilmasto-ongelmiin. Avaruuteen kehitetty tekniikka voi toimia hyvin maan päällä.
Satunnaiset lisätehosteet
Yksi kaikkien näiden innovaatioiden pääperiaatteista on, että mitään ei tuhlata. Avaruudessa, Massa toteaa, jopa jätteitä pidetään arvokkaana resurssina, ja niiden hävittäminen on holtitonta. Tämä on suljettujen silmukoiden järjestelmien perusta: ihannetapauksessa kaikki komponentit prosessoidaan poikkeuksetta, eikä jätteitä synny ollenkaan. Kuvittele suljettu terraariumi, jossa pienoiskoossa sijaitsevat kasvien ekosysteemit elävät ja kukoistavat vuosikymmenien ajan ilman pienintäkään ulkoista häiriötä.
Mikroekologinen Life Support System Alternative- tai Melissa (MELiSSA) -projekti noudattaa tiukasti tätä periaatetta. Barcelonassa jatkuvasti parannetun pilottitehtaan avulla tämä hanke pyrkii luomaan suljetun biologisen elämän tukijärjestelmän Euroopan avaruusjärjestön (ESA) johdolla.
Pilottitehdas, joka käyttää fotosynteesiä jätteiden käsittelemiseen, ilman puhdistamiseen, hapen toimittamiseen ja ruoan tuottamiseen, ei astronauttien, vaan rottien asuttama. Hänen työnsä aikana useat eläinsukupolvet ovat jo vaihtuneet, ja heidän joukossaan ei ole toistaiseksi ollut uhreja. ISS: ssä on onnistuneesti toteutettu joukko Melissaan liittyviä kokeita - esimerkiksi Artemiss, joka tuottaa ravintobiomassista ja happea fotosynteesistä -.
Projekti käynnistettiin vuonna 1989 luodakseen hengenhuoltojärjestelmän miehistölle pitkälle planeettojenväliseen matkaan 2020-luvun puoliväliin mennessä. Sen tulokset ovat olleet lupaavia, sanoo ESA: n Melissan päällikkö Christophe Lasseur. Esimerkiksi samaa virtsanpuhdistustekniikkaa voidaan käyttää syrjäisillä alueilla ja katastrofialueilla - säästää rahaa juomaveden kalliille kuljetuksille kaukaa.
Ylpeät ihanteet ovat yksi asia, mutta kaiken totuuden kriteeri on käytäntö. Kaikkia innovaatioita ei toteuteta, ja paitsi, se ei todellakaan ole yön yli. Kuten Robertson selittää, omien keksintöjensä saavuttaminen kaupallisella tasolla vie keskimäärin seitsemän kymmenen vuotta. Melissa on suunniteltu 50 vuodeksi.
Meidän on oltava kärsivällisiä. "Oikeastaan tämä on hyvin kaukonäköinen", Lockney sanoo.”Meillä ei ole epäilystäkään siitä, että vesi on märkää. Joten sijoittaminen uusiin kokeisiin antaa ennemmin tai myöhemmin keksintöjä, joista on hyötyä koko ihmiskunnalle."
Innovaatiot vain korostavat tarvetta investoida suunnittelu- ja kehitystyöhön. "Tieteen kiinnostavin asia on, että et koskaan tiedä mitä lopulta tapahtuu", Marvel sanoo. Loppujen lopuksi kukaan ei arvaa, että Internet ja Suuri Hadron-törmäyslaite muuttuisivat samasta yrityksestä.
Pitkien läpimenoaikojen ja ennakoimattomuuden elementin lisäksi astronautiikka on jo auttanut luomaan joukon tehokkaita (ellei vallankumouksellisia) kuluttajateknologioita. Miksi suuresta yleisöstä heitä tunnetaan edelleen vähän? Chad Anderson, pääomasijoitusryhmän Space Angelsin toimitusjohtaja, uskoo, että osa tästä johtuu huonosta markkinoinnista.
Anderson uskoo, että teknologian siirto avaruudesta on johtanut merkittäviin edistyksiin kestävässä tuotannossa sekä arkipäivän alueilla, kuten kuljetus, terveydenhuolto ja viestintä. Ongelmana on, että avaruusjärjestöt eivät pysty tehokkaasti mainostamaan menestystarinoitaan suurelle yleisölle. "Avaruusyritykset ovat tunnettuja huonosta itsensä mainostamisesta", Anderson sanoo.
Ironista kyllä, Anderson sanoo, että nykytilanteen ratkaiseminen heijastaa vielä suurempaa haastetta. Otetaan esimerkiksi NASA: n yritysjulkaisu Spinoff-aikakauslehti, joka on käsitellyt teknologiainnovaatioita vuodesta 1976. Vakaasta sukutaulustaan huolimatta aikakauslehti on edelleen hyvin erikoistunut ja saavuttamaton julkaisu - sitä ei milloinkaan lue, eikä monet ole koskaan kuullut siitä. Anderson suosittelee astronautian ja arkielämän välisen suhteen korostamista entistä selvemmin kiinnostaakseen yleisöä ja tavoittaaksesi lukijan.
Kulta, kutistin planeettaa
Ympäristöinnovaatiot ovat kuitenkin tervetulleita, mutta emme voi luottaa pelkästään teknisiin ratkaisuihin. Maa on varsin asuttava, Marvel sanoo, eikä töihin pyritä muuttamaan tölkkeihin. Onneksi jotkut projektit eivät vain anna meille selviytyä avaruudessa, vaan auttavat meitä tuntemaan oman planeettamme paremmin.
Ota kuuluisa Biosphere 2 Arizonassa. 1990-luvulla täällä tapahtui huippuluokan kokeilu: huolellisesti valitut miehet ja naiset sijoitettiin jonkinlaiseen eristettyyn elinympäristöön kahdeksi vuodeksi seuraamaan heidän suhteidensa ja ekosysteemiensä kehitystä (biosfäärin 1 ymmärretään olevan maa).
Vaikka suurin osa "Biosfääri-2: sta" muistettiin jaksosta, jolloin happipitoisuus laski niin paljon, että asukkaiden elämä oli vaarassa ja ulkopuolinen interventio vaadittiin, kokeilu osoittautui onnistuneemmaksi kuin se saattaa näyttää. Tutkijat ovat ymmärtäneet paljon maapallon elämäntukijärjestelmistä, ja erilaisia tieteellisiä teoksia kaadettiin kuin runsaudensarvi. Itse asiassa tämä oli ajatus: ymmärtää maan eri järjestelmiä, jotta planeettaa voitaisiin hallita paremmin, selittää myöhemmin Arizonan yliopistolle siirtyneen laitoksen nykyinen varajohtaja John Adams.
Nykyään sivusto toistaa useita mallejaekosysteemejä - naturalistisista sademetsistä valtameren massaan. Manipuloimalla näiden ekosysteemien eri elementtejä yhdessä ja erikseen, tutkijat yrittävät ymmärtää, miten heidän todellisen maailman kollegansa toimivat (ja hajoavat).
Samassa paikassa, mutta ei alkuperäisen kokeilun "Biosfääri-2" puitteissa, maiseman evoluution observatorio toimii. Se koostuu kolmesta massiivisesta rakenteesta, joka on rakennettu tulivuoren basalttiin, joka muistuttaa monella tavalla Marsin maastoa. Biosfäärin 2 tiedejohtaja Peter Troch selittää, että observatorio auttaa ymmärtämään, kuinka elätön maisema muuttuu kestäväksi. "Tyypillisesti fysikaalinen ja biologinen maailma on hitsattu tiukasti yhteen, eikä niitä ole helppo erottaa ymmärtääksesi suhteidensa dynamiikkaa ja yhdistämällä ne uudelleen", Adams sanoo. Maiseman evoluution observatorio on tarkoitettu tähän "ekologiseen aukkoon".
Vaikka tämä työ keskittyy pääasiassa avaruusympäristöön, Troch toteaa, saatu tieto voisi auttaa palauttamaan Maan vakavimmin pilaantuneet ekosysteemit. "Olipa avaruudessa vai maapallolla, olemme ratkaisemassa samat ongelmat", sanoo ESA: n tutkimusjärjestelmien johtaja Daniele Laurini.
Ymmärrys maasta on ensiarvoisen tärkeää. "Jos emme vieläkään ymmärrä, kuinka maapallon järjestelmät toimivat, joiden ansiosta elämme ja mistä olemme riippuvaisia, niin missä me kuvittelimme voivamme luoda ne uudelleen?" Adams kysyy.
Avarustekniikat ovat varmasti avainasemassa - ja ei vain elämän tukijärjestelmissä. Loppujen lopuksi samojen satelliittien ansiosta olemme tarkkailleet planeettaa ennennäkemättömällä yksityiskohtaisuudella useiden vuosikymmenien ajan. Klimatologien ja ympäristönsuojelijoiden kannalta tämä oli virtapiiri, Marvel toteaa.
Mutta jos pidämme maapallon elinkelpoisena - ja olemme jo melko kykeneviä ratkaisemaan tämän kriisin - niin mitä hyötyä on pyytää tähtiä? Voimme tuottaa happea Marsissa niin, että meillä on jotain hengitettävää, tai kasvattaa salaattia Kuulla niin, että meillä on jotain, mutta maa on jo antanut meille kaikille tämän, Massa sanoo. Ehkä, hän hymyilee, avaruuden selviytymisen haasteet saavat ihmiset arvostamaan enemmän asioita, joita pidämme itsestään selvänä kotona.
Robin George Andrews