Az automata kormányzástól kezdve az aszály monitorizálásig az űrállomáson történtek nagy befolyással bírnak a mindennapi életre. Jim Brienstine korábbi Oklahomai szenátor, aki jelenleg a NASA-nak dolgozik, a 2019-es mezőgazdasági világkiállításon (2019 World Ag Expo), a Holdról, az asztronautákról, az űrhajókról és a jövőbeni Mars utazásról tartott előadást.
A hallgatóságát emlékeztette arra, hogy a mezőgazdaság soha nem volt távol a NASA érdeklődésétől. Az űrbéli étkezés tömeget, térfogatot, hulladékot, vizet és növényi anyagokat tartalmaz, amelyet az űrhajóra fel kell juttatni. A tömeg és a térfogat csökkentése érdekében előtérbe került a hatékony élelmiszer előállítás minimális tápanyag és víz felhasználásával.
A NASA jelenleg kísérleteket folytat a nemzetközi űrállomáson (International Space Station (ISS)). A Veggie vagy „zöldség termelő rendszer” (Vegetable Production System) programok célja, hogy a legénységet friss élelmiszerrel lássa el. A következő cél a Mars, amelynek elérése és az ott tartózkodás egy egészen más kihívást jelent.
Sokszor felmerül a kérdés, hogy a porított italon, a tépőzáron kívül mit adott az űrtechnika az emberiségnek? A mesterséges holdakon keresztül történő kommunikáció technológiáját a NASA fejlesztette ki. De számos olyan technológiát is létrehoztak, amelyek a farmerek munkáját segítik: időjárás előrejelzés, klorofilmérő, precíziós mezőgazdaság, automatikus kormányzás, GPS által irányított önvezető járművek. Ezek mind az űrtechnológia eredményei.
A következőkben olyan mezőgazdasági megoldásokat és eszközöket ismertetünk, amelyeknek gyökerei a NASA programból származnak.
1. Önvezető traktor
A történet a GPS bevezetésével kezdődött a 90-es években, amikor a John Deere cég megkezdte használatát a precíziós mezőgazdaság kialakításában. Napjainkban az amerikai traktorok a NASA technológiáját használják. A NASA által kifejlesztett szoftver kijavítja a GPS jel hibáját és a pontosságot néhány méterről néhány centiméterre javítja. Ez a fejlesztés talán a legfontosabb, amivel a NASA hozzájárult a pontos helymeghatározáshoz az egész Földön.
A fejlesztés következő lépése, egy olyan technológia kialakítása, amellyel megvalósítható az önvezető traktor.
A 60-as években a NASA kifejlesztette a LIDAR (Light Detection and Ranging) technológiát a holdfelszín vizsgálatára és térképezésére. Napjainkban a hegyvidéki felszín magasságát mérik havazás előtt és után, amiből precízen meg lehet határozni a tavasszal és nyáron várható vízhozamot. A LIDAR technológia fontos eszköz az önvezető traktorok kifejlesztésénél, mivel a LIDAR elemek „jobban látnak” mint a radarok. A radar, a LIDAR és a fedélzeti video kamerák segítségével a jármű képes észlelni az akadályt és megállni, mindaddig, amíg a kezelő utasítást nem ad az útvonal módosítására.
A LIDAR rendszert alkalmazó Case robottraktor
WGS (Windrow Guidance System): A rendszer egy TiM351 2D LiDAR szenzorból (egy 2D lézer szkennerből), valamint egy beépített szoftver-alkalmazásból áll, amely felismeri a rendet és az adatokat a jármű automatikájával közli, amely módosítja az irányt és sebességet.
A LIDAR rendszert alkalmazó bálázó
2. Vízrendezés
A NASA képes egy terület tanulmányozására, anélkül hogy a felszínt valaha is érintette volna. A távérzékelési rendszerrel meghatározott nagypontosságú adatok segítik a vízforrások állapotának megítélését. A NASA Ames kísérleti központja (Ames Research Center), együttműködve a Vízgazdálkodás Kaliforniai Osztályával (California Department of Water Resources) hatékonyan használja ezt a rendszert. Az egyik projekt a növény biológiai igénye alapján képes az öntözést irányítani. Egy másik projekt a művelésből kivont területek méretének meghatározását segíti.
A Kaliforniai központi völgy gazdálkodása az északi részek csapadékának összegyűjtésétől és tárolásától függ. A kaliforniai deltán átjuttatott csapadékvíz 25 millió lakos vízellátását biztosítja. A NASA által kifejlesztett eszközök segítik a hatékonyabb csapadék előrejelzést. A Kaliforniában felhasznált víz egyharmada a hótakaróból származik. A NASA kifejlesztett egy technológiát, amellyel meghatározható a hómennyiség és az abból várható víz mennyisége, illetve előrejelezhető a hó olvadásának gyorsasága.
Egy másik Kalforniai pilot program segíti a farmereket a párolgás és párologtatás jobb megértésében, amellyel hatékonyabb öntözési tervek készíthetők. A program segítségével 20%-os vízfelhasználás csökkentést értek el zöldség termelésnél, aminek eredményeként a nitrát lemosódás 50%-kal mérséklődött. A NASA-nál most a program más növényekre, illetve régiókra történő kiterjesztésén dolgoznak.
3. Termés-előrejelzés
NASA spinoff vállalkozások alakultak a mezőgazdaságban abból a célból, hogy elemezzék a növény fejlődését és előrejelzéseket adjanak a várható termés mennyiségéről. A NASA modell alapján olyan kereskedelmi szoftvert készítettek, amelyet a farmerek, az etanol előállítók és gabonakereskedők használnak a kukorica várható termés mennyiségének meghatározására.
A NASA algoritmusok alapján lehetséges a talajtípusok osztályozása műholdfelvételek alapján. Kidolgoztak egy kereskedelmi számítógépes tanulópogamot, amely drónfelvételek alapján elemzi a növény fajtáját, fejlődési és egészségi állapotát és előre jelzi a várható terméseredményt.
4. LED rendszerek
A gyerekek nem szeretnék hallani, de ha ők akarnak lenni az első Mars asztronauták, akkor azt kell enniük, amit az űrben termesztenek. A NASA számos űrtermesztési programon dolgozik, annak érdekében, hogy az asztronautáknak legyen friss zöldségük.
Növényház (Advanced Plant Habitat, APH) az űrben
Az első növénykamra 45x45x45 cm méretű, amelyben a magágyat agyagcsips, műtrágya és víz képezi. Az egészet egy műanyag takaró borítja. A növénykamrában két robotkar is található, amelyek mérik a levél hőmérsékletét és a páratartalmat.
A növénykamrában vékonyszárú növényt (Arabidopsis) termesztettek a páratartalom, a nedvesség és a világítás (vörös, fehér és kék fényű LED diódák alkalmazásával) különböző szintjének hatáselemzésére. A zárt rendszer megközelítőleg három liter vizet használt fel és hathétig működött újratöltés nélkül.
A program következő fázisában 6 saláta palántát küldtek fel az űrállomásra, ahol erős rózsaszín LED világítás alatt fejődtek 28 napon át. Az első betakarított növényeket azonban nem fogyasztahatták az asztronauták, mert a salátát le kellett fagyasztani és el kellett küldeni a földi központnak, ahol a kozmikus mikróbákat vizsgálat alá vették.
A növénytermesztési kísérletek legújabb, hatodik programjában a VEG-03D berendezéssel háromféle növényt termesztettek párhuzamosan. Joe Acaba űrhajós Mizuna mustárt, Waldmann zöld salátát és Outredgeous Red Romaine salátát takarított be, amelyből a földi állomásról küldött dressinggel friss salátát készített a legénység számára.
A betakarítás során Acaba csak a saláta levelek felét szedte le, hagyva a többi részt tovább növekedni, hogy később is legyen friss saláta.
Az új növénykamra egy teljesen zárt berendezés, amelynek belső környezeti állapota folyamatosan szabályozott. A termesztéshez vörös, kék, zöld és egy széles spektrumú fehér fényforrást használnak. A rendszer szabályozásához több mint 180 szenzort alkalmaznak, amelyek valós idejű információt küldenek a Kennedy űrközpontba a hőmérsékletről, az oxigén- és nedvességtartalomról.
A NASA floridai űrközpontja (Kennedy Space Center) együttműködik az űrállomáson történő termelési technológiák kifejlesztésében. A kísérletek egyik eredménye a LED light rendszer, amelynek egyes elemeit felhasználják a földi üvegházi termesztésben, de akvárium megvilágításban is.
A NASA növénykamrájában végzett kísérletek eredményeit a földi körülmények között is lehet hasznosítani. Például a NASA tápanyag-filmes (nutrient-film) módszere ideális a vetőburgonya előllításához, mivel a steril szaporítóanyag jól hasznosítható földi körülmények között.
Megállapítható, hogy a NASA technológiai vezető szerepet tölt be az űr-mezőgazdaság területén akár a mostani úrállomást (ISS), akár a Hold vagy Mars programot tetkintjük.
Shane Kimbrough a Veggie kisérletben az űrállomáson (ISS), (NASA Image: ISS050E013231)
Charles Spern projekt menedzser a floridai Kennedy űrközpont kísérleti írányító helységéből instruálja az ISS űrállomáson dolgozó Joe Acaba asztronautát, aki az űrállomás Veg-03D növénykamrájából háromféle növény betakarítását végzi. (NASA/Amanda Griffin)
Fyodor Yurchikhin orosz űrhajós előkészíti a Veg-03 növénykamrában termelt kínai salátát az ebédhez (NASA Image: ISS051E029147)
Az első saját termés fogyasztása az űrállomáson (https://www.nytimes.com/)
5. Üzen a növény
A szomjas növény képes „szöveges” üzenetet küldeni, hogy jelezze a vízigényét. A NASA által támogatott kísérletek eredményei közé tartozik egy levél szenzor, amely elektromos impulzusok által figyeli a növényt és tájékoztatja az űrállomási asztronautát vagy akár a földi farmert a növény nedvességszintjéről.
Az elektromos pulzálást mérő AgriHouse szenzorral a növény számára fontos jellemzők határozhatók meg.
Az űrállomás másik programja az Ecostress, amelyben a növény által kibocsátott infravörös sugárzást és az evapo-transpirációs szintet mérik. A módszer alkalmazásával a növény vízhiányát még azelőtt tapasztalják, mielőtt látható nyomai lennének, néhány estben ez az intervallum eléri a két hetet. Keresik a módját annak, hogyan lehet a módszert használni az USA mezőgazdaságában.
Az Ecotress berendezés az űrállomásról méri a földi növényzet hőmérsékletét, amelynek segítségével a kutatók képesek a növény vízfelhasználását meghatározni.
Az űrtechnológia eredményei számos formában megjelennek, az emberek sokszor nem is tudják, hogy az általuk naponta használt eszközök a NASA kutatásból származnak. A NASA évente kiad egy Spinoff tájékoztatót, amely mintegy 50 NASA technológiát mutat be, amely már kereskedelmi forgalomba került, ezzel szemlélteti az űrprogram eredményeit.
Forrás: Jesse Hirsch, Modern Farmer; Linda Herridge and Amanda Griffin ,NASA’s John F. Kennedy Space Center; http://technology.nasa.gov; https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1294.html#images
