Coltivazione di lattuga e cavolo sulla Stazione spaziale Internazionale

Sei piante di lattuga romana stanno crescendo simultaneamente a bordo della Stazione Spaziale Internazionale come parte dell’esperimento Veg-03, ideato per esplorare la possibilità di sviluppare coltivazioni in ambienti controllati per missioni di lunga durata.

Il 25 ottobre, l’astronauta della NASA Shane Kimbrough, a bordo della ISS, ha avviato la terza fase dell’esperimento Veggie, lavorando come “giardiniere spaziale part-time” utilizzando una nuova tecnica di raccolta chiamata “taglia e fai crescere di nuovo”, grazie anche al supporto fornito dai botanici del Kennedy Space Center a Terra.                              “Durante la loro prima settimana di vita – ha detto Nicole Dufour, del Veggie Project Manager – le piccole plantule stavano ricevendo troppa acqua. Questo ha rallentato leggermente la loro crescita, ma dopo aver consigliato a Kimbrough di usare un ventilatore per asciugare un po’ di umidità, hanno iniziato a riprendersi.”

Veg-03 ha in programma la coltivazione di quattro raccolti, con l’obiettivo di aumentare la resa nella produzione autonoma di cibo in microgravità e quindi consentire agli astronauti di integrare nella loro alimentazione cibi freschi e nutrienti.

Attraverso la tecnica di coltura “taglia e fai crescere di nuovo” le foglie di una pianta possono essere più volte tagliate e raccolte senza danneggiarne la ricrescita. Il nucleo delle lattughe e le rimanenti foglie vengono lasciati intatti così da consentire la crescita per i successivi raccolti (circa ogni 10 giorni), parte dei quali saranno utilizzato come campione scientifico.

“Sperimentare questo metodo in orbita, dopo averlo provato a Terra – ha detto Dufour – è molto interessante. Una raccolta continua ci permette di fornire più cibo sia per l’equipaggio, sia per effettuare analisi scientifiche.”Questo esperimento è anche una dimostrazione importante di come la NASA applichi la scienza attraverso le discipline – in questo caso la biologia spaziale per coltivare un raccolto sano e la psicoterapia al fine di garantire agli astronauti  di rimanere in buona salute – per consentire l’esplorazione umana dello spazio.

Descrizione della ricerca Veg-03

Veg-03 è un diretto sviluppo per il test di validazione di hardware Veg-01. L'obiettivo primario del test di convalida dell'hardware Veg-01 era di dimostrare la crescita delle piante nella struttura Veggie

. Le piante erano di lattuga romana rosso 'Outredgeous' coltivate in due diverse dimensioni di arcillite, un supporto di argilla calcinata. Il completamento della prima esecuzione di Veg-01 ha aiutato gli investigatori confrontando zone profonde dei due formati di supporti, per determinare la distribuzione di acqua e radici all'interno e fornire raccomandazioni sulle future indagini serie Veg. Campioni di tessuto forniscono informazioni sulla carica microbica delle piante. Le fotografie scattate durante la prima esecuzione hanno aiutato nella valutazione dei tassi di crescita delle piante, così come stima sulla salute delle piante. Due registratori di dati hanno registrato la temperatura e l'umidità relativa all'interno della struttura Veggie. I questionari elaborati dall'equipaggio hanno fornito come uno spaccato sull'adeguatezza e la completezza delle procedure dell'equipaggio per l'operatività di un impianto Veggie e la crescita delle piante. Anche se i cuscini vegetali danno buoni risultati, sono necessarie modifiche per le future procedure di irrigazione. Il Veg-03 testa le prestazioni del sistema di erogazione dell'acqua con procedure modificate, e una coltura differente con differenti requisiti di acqua rispetto a quella dell'Outredgeous' (lattuga rossa).

I cuscini vegetali

sono articoli monouso, che riducono le possibilità di contaminazione microbica della struttura Veggie e dei suoi prodotti. Un aspetto importante del test di convalida dell'hardware Veg-01 è stato quello di raccogliere i dati della base microbica dalle piante e dai cuscini vegetali coltivati ​​nella struttura Veggie, sulla ISS. Il test a terra ha dimostrato livelli microbici molto bassi sulle piante di lattuga, coltivate nella struttura Veggie a terra. Le prove di volo preliminari condotte su Veg-01 hanno restituito campioni indicati con livelli microbici piuttosto bassi e senza patogeni specifici. Le discussioni con microbiologi dello spazio, chirurghi di volo, e tecnologi alimentari dello spazio hanno indicato che l'equipaggio deve essere in grado di consumare i prodotti freschi con una sanificazione precauzionale, utilizzando in orbita salviette Prosan, dai livelli microbici nei campioni restituiti, sufficientemente bassi. La preparazione è in corso a documentare formalmente tale comune volontà. I dati di base raccolti da entrambi gli esperimenti di volo Veg-01 e Veg-03 diventano una risorsa per le future indagini Veg. Queste informazioni forniscono i dati sulle necessarie modifiche procedurali, aggiornamenti di hardware, o sulle opzioni orticole, e quindi Veggie diventa parte integrante in futuro delle spedizioni ISS.

La ricerca Panoramica 

Veg-03 è un diretto seguito per il test di validazione dell’ hardware Veg-01. L'obiettivo primario del test di convalida dell'hardware Veg-01 era di dimostrare la crescita delle piante nella struttura Veggie. Le piante di lattuga romana rossa 'Outredgeous'

sono state coltivate in due diverse dimensioni di arcillite, un supporto di argilla calcinata. Il completamento della prima esecuzione di Veg-01 ha aiutato gli investigatori confrontando zone profonde dei due formati di supporti per determinare la distribuzione di acqua e radici all'interno delle diverse dimensioni particelle e per fornire raccomandazioni sulle future indagini della serie Veg. Campioni di tessuto hanno fornito informazioni sulla carica microbica delle piante. Le fotografie scattate durante la prima esecuzione hanno aiutato a valutare i tassi di crescita delle piante, così come la loro salute. Due registratori di dati, “data logger” hanno monitorato la temperatura e l'umidità relativa all'interno della struttura Veggie. I questionari forniti all’equipaggio hanno dato uno spaccato dell'adeguatezza e la completezza delle procedure dell'equipaggio per l'operatività di un impianto Veggie e della crescita delle piante. Anche se i cuscini vegetali hanno prodotto buoni risultati, sono necessarie modifiche per le future procedure di irrigazione. Il Veg-03 testa le prestazioni del sistema di erogazione acqua con procedure modificate, e una coltura differente con differenti requisiti di acqua da quella della lattuga rossa 'Outredgeous

'.

I cuscini vegetali sono articoli monouso che riducono le possibilità di contaminazione microbica della struttura Veggie e dei suoi prodotti. Un aspetto importante del test di convalida dell'hardware Veg-01 è stata la raccolta  dei dati sulla base microbica da piante e cuscini vegetali coltivati ​​nella struttura Veggie sulla ISS. Il test a terra ha dimostrato livelli microbici molto bassi sulle piante di lattuga coltivate nella struttura Veggie-terra. Le prove di volo preliminari condotte sulla Veg-01 hanno restituito i campioni indicati,con livelli microbici piuttosto bassi e senza patogeni specifici. Le discussioni con microbiologi dello spazio, chirurghi di volo, e tecnologi alimentari dello spazio hanno indicato che l'equipaggio deve essere in grado di consumare i prodotti freschi con sanificazione precauzionale. Utilizzando in orbita salviette Prosan nei campioni restituiti, i livelli microbici erano sufficientemente bassi. La preparazione in corso documenta formalmente tale comune volontà. I dati di base raccolti da entrambi gli esperimenti di volo Veg-01 e Veg-03 sono una risorsa per le future indagini della serie Veg. Queste informazioni forniscono dati sulle necessarie modifiche procedurali, aggiornamenti hardware, o opzioni orticole e, su come Veggie diventa parte integrante, in futuro, di spedizioni sull’ISS.

Descrizione 

L'obiettivo generale di Veg-03 è di dimostrare ulteriormente la verifica teorica per la camera di crescita delle piante Veggie e i cuscini di impianto. La ricerca si basa sullo sviluppo hardware tramite una sovvenzione SBIR per Orbitec per le unità prototipo Veggie iniziali con conseguente sviluppo di hardware per le unità di nuova generazione. Sia Orbitec  che KSC sono stati coinvolti nell'ottimizzazione della crescita delle piante, dell’hardware test e la collaborazione Veggie ha portato allo sviluppo del concetto di cuscino impianto per interfacciarsi con l'hardware Veggie. Attraverso numerosi test il team VEG-03 ha affinato il concetto cuscino e selezionati supporti di crescita e fertilizzanti, specie vegetali, materiali e protocolli per l'utilizzo del concetto di cuscino in Veggie,allo scopo di far crescere piante sane in grado di fornire l'equipaggio con il cibo anche la ricreazione. Il concetto di cuscino è progettato per essere a massa bassa, modulare, non richiedere energia supplementare ed essere a manutenzione molto bassa. I cuscini di varie dimensioni sono stati progettati per soddisfare una vasta gamma di tipi di piante e diversi tipi di substrati di coltivazione.

L'obiettivo primario del test Veg-03 è di dimostrare la crescita delle piante in hardware Veggie con cavolo 'Tokyo Bekana' come coltura di prova. Le piante sono coltivate in due diverse dimensioni di arcillite, un supporto di argilla calcinata. Il test aiuta gli investigatori confrontando zone profonde dei due formati di supporti, per determinare la distribuzione di acqua e radici nelle diverse dimensioni di particelle, per fornire raccomandazioni sulle future indagini Veggie. Campioni di tessuto forniscono anche informazioni su eventuali anomalie di crescita se confrontati con i comandi a terra. Le fotografie sono utilizzate per valutare i tassi di crescita delle piante e la loro salute . Un “data logger” registra l'ambiente all'interno dell'hardware Veggie. I questionari per l’equipaggio forniscono informazioni sull'adeguatezza e la completezza delle procedure della squadra per le operazioni sull’hardware Veggie e della crescita delle piante.

 Un aspetto importante della prova di concetto di volo, Veg-03, è di raccogliere i dati di base microbica da piante e cuscini coltivate su ISS. Le prove a terra e i  risultati di Veg-01 hanno dimostrato livelli microbici molto bassi sulle piante di lattuga, coltivate in condizioni Veggie rilevanti. Le discussioni con microbiologi dello spazio, chirurghi di volo, e tecnologi alimentari dello spazio, al Johnson Space Center di Houston,  indicano che se i livelli microbici sono sufficientemente bassi, l'equipaggio potrebbe consumare i prodotti freschi, senza sanificazione. Per colture che naturalmente hanno livelli elevati di microrganismi (es ravanelli, che crescono a contatto con acqua e nutrienti), un metodo di sanificazione sui prodotti  a spazio-valutazione deve essere sviluppato e testato.

I dati di base raccolti dal volo Veg-03 servono come risorsa per le future indagini di Veggie come ad esempio una borsa ILSRA che recentemente ha volato su SpaceX-14

. Queste informazioni forniscono i dati sulle necessarie modifiche procedurali, aggiornamenti per l’hardware o opzioni orticole.

Le applicazioni spaziali
Le future missioni di lunga durata nel sistema solare, che culmineranno con l’arrivo su Marte, richiedono una fornitura di cibo fresco per integrare le diete dell'equipaggio, ottimizzando la coltura nello spazio. Inchieste precedenti erano concentrate sul miglioramento della produttività in ambienti controllati, ma spazi limitati del Space Shuttle e sulla Stazione Spaziale Internazionale hanno reso difficile condurre test di produzione delle colture su larga scala. Veg-03 espande su precedenti test di validazione del nuovo hardware Veggie, che i membri dell'equipaggio saranno presto in grado di utilizzare per far crescere cavolo, lattuga e altre verdure fresche nello spazio. I test determinano quali tipi di microrganismi sono presenti in cavoli che crescono nello spazio, fornendo dati di riferimento per i futuri sforzi colturali. I sondaggi sulla salute comportamentale valutano anche l'impatto delle piante che crescono sul morale dell'equipaggio e sull'umore.

Applicazioni sulla Terra
I risultati di questa indagine contribuiscono alla ricerca di base sulla coltivazione delle piante, beneficiando in questo modo tutti gli sforzi di produzione agricola e di biomassa sulla Terra. La tecnologia utilizzata in hardware sperimentale Veggie potrebbe essere adattata per la terapia di orticoltura, da dedicare alle persone anziane o ai disabili che non sono in grado di godere di un giardino.

Requisiti operativi e protocolli 

Veg-03 utilizza l'impianto VEGGIE in orbita e richiede acqua dal dosatore dell’acqua potabile (PWD) e l'uso della zona lavori di manutenzione (MWA).

La struttura Veggie si attiva con il fotoperiodo desiderato, livelli di luce, e la velocità della ventola programmata, tramite il pannello di controllo.  Sei cuscini vegetali vengono poi non stivati, ma posti, e fissati tramite elastici sul tappeto Root in posizioni designate. Il sottogruppo viene reinstallato ai bracci flessibili collegati al raggio di luce prodotto da Veggie. L'assemblaggio della siringa irrigazione consente di tirare l'acqua PWD dal sacchetto di acqua e iniettarlo nel cuscino impianto di adescamento, un raccordo che deve bagnare inizialmente ogni cuscino impianto.  Un membro dell'equipaggio farà foto iniziali della configurazione dell'esperimento Veg-03.

Le piante sono controllate regolarmente, e si aggiunge acqua potabile supplementare da sacchetti di acqua come da programma con l'assemblaggio della siringa irrigazione. Tre giorni dopo l'inizio, gli stoppini sono separati per consentire alle piante di emergere. Le piante sono diradate a una pianta per ogni cuscino dopo sette giorni. Le foto programmate che debbono rilevare la crescita delle piante sono prese e linkate a terra. Una nuova tecnica di raccolta taglio per fare crescere ancora una volta verrà utilizzata. Si tratta di una serie di 3 raccolti più piccoli e una raccolta finale. 1 ° vendemmia: L’equipaggio raccoglie e mangia circa 2-3 delle foglie di lattuga

più grandi di ciascun impianto. Sterilizza le foglie con le salviettine pro-san fornite. Il resto dell'impianto sarà lasciato crescere e germogliare per produrre nuove foglie. 2 ° vendemmia: circa 7-10 giorni dopo l’equipaggio opera la raccolta di 1-2 foglie da ogni pianta e conserva le foglie in lamina che saranno poi trasferite al refrigeratore MELFI per i dati scientifici. 3 ° vendemmia: circa 7-10 giorni dopo. Questa sarà una ripetizione del primo raccolto dedicato al consumo equipaggio. Fotografie finali e tamponi microbici sono raccolti dalle piante, e dell'impianto Veggie nel giorno della programmata raccolta finale. L'equipaggio potrà consumare la metà delle piante, l'altra metà verrà restituita per analisi scientifiche.

Alla raccolta finale, le piante di cavolo vengono tagliate a livello di interfaccia dei campioni cuscino piante e  questi vegetali sono avvolti in fogli di stagnola, messe in un sacchetto richiudibile e conservate per il ritorno del campione usando MELFI

a -95 ° C. E’ auspicabile il video delle operazioni di raccolta. I cuscini vegetali E ed F sono sigillati in sacchetti richiudibili per il ritorno del campione. Il cuscino Plant, campioni vegetali e tamponi microbici (-95 ° C) debbono essere posti in MELFI meno di 1 ora dopo la raccolta. I cuscini di piante rimanenti dovrebbero essere smaltiti in sacchetti di rifiuti di plastica.  Salviette disinfettanti ProSan sono usate per pulire e sterilizzare l'interno della struttura Veggie e quindi scartate. I membri dell'equipaggio che lavorano su Veg-03 dovranno rispondere alle domande nella procedura attuata sulle operazioni e suggerire miglioramenti. Le risposte alle domande e le fotografie vengono inviati al team di Veggie via link a terra. I campioni scientifici, tra cui il data logger vengono restituite sul primo volo disponibile dopo la raccolta. I campioni microbici, campioni di acqua, campioni di piante, vegetali e cuscini sono restituite a -95 ° C in GHIACCIAIO / POLAR. I membri dell'equipaggio che partecipano attivamente alle operazioni su Veg-03 dovranno rispondere a domande aggiuntive durante il briefing, post-incremento.