التكنولوجيا الحيوية هي منصة الإطلاق للبقاء البشري في الفضاء

مع تحضير برنامج أرتميس التابع لناسا لأول مرة في القمر منذ عام 1972 ، فإن أربع محطات مساحات تجارية قيد التطوير ، وشركات مثل SpaceX تضع أنظارها على المريخ ، فإن السفر إلى الفضاء البشري طويل الأمد تقترب من الواقع. لكن التحدي يكمن ليس فقط في الوصول إلى هذه العوالم البعيدة ولكن في إيجاد طرق للبقاء على قيد الحياة بمجرد وصولنا إلى هناك.

الحاجة إلى نهج جديد لدعم الحياة

على مدى عقود ، اعتمدت أنظمة دعم الحياة على الترشيح الكيميائي والمعالجة الفيزيائية والمواد غير المتجددة. في حين أن هذه الأنظمة فعالة للبعثات الأقصر ، إلا أن هذه الأنظمة تصبح غير عملية للإقامات الممتدة خارج مدار الأرض. يضيف نقل ما يكفي من المواد الاستهلاكية وقطع الغيار إلى بعثات القمر الطويلة الأمد أو بعثات المريخ متعددة السنوات تكلفة كبيرة ومتطلبات الوقود والتحديات اللوجستية ، مما يجعل الأنظمة المعتمدة على العرض غير مستدامة.

تقدم التكنولوجيا الحيوية بديلاً قابلاً للتطوير ، ولكن إدراك إمكاناته الكاملة يتطلب التزامًا من الحكومات ووكالات الفضاء. من خلال تسخير العمليات البيولوجية مثل الأنظمة الميكروبية والمصنع ، يمكن أن تصبح مهام الفضاء أكثر اكتفاء ذاتيا. إذا كانت صانعي القرار يعطون الأولوية للابتكار في التكنولوجيا الحيوية وتمويل البحث والتطوير الجديد ، فيمكن أن تدعم هذه التقنيات تنقية الهواء وإعادة تدوير المياه وإنتاج الغذاء-مما يخلق بيئات الحلقة المغلقة الضرورية للسكن الفضائي. بدون هذا الاستثمار ، قد تظل البعثات تعتمد على جهود إعادة العرض المكلفة واللوجستية ، مما يحد من قدرة الإنسانية على الاستكشاف والاستقرار خارج الأرض.

الانتقال من البحث إلى التطبيق العملي

تم اختبار المحطة الفضائية الدولية (ISS) للحفاظ على حياة الإنسان في الفضاء ، ولكن لا تزال أنظمة دعم الحياة الخاصة بها تعتمد على أجهزة التنظيف الكيميائية وإعادة التدوير الميكانيكي ، والتي تتطلب صيانة متكررة وإمداد. لتمكين السفر الفضاء طويل المدة ، نحتاج إلى أساليب تتطلب الحد الأدنى من صيانة ويمكن أن تتجدد بدلاً من التحلل بمرور الوقت.

واحد الواعد هو دعم الحياة القائم على الطحالب. يمكن للطحالب تحويل ثاني أكسيد الكربون الزفير إلى أكسجين من خلال التمثيل الضوئي مع إنتاج البروتينات والمواد المغذية في وقت واحد. التحدي الرئيسي هو تحجيم هذه العملية للاستخدام العملي في المركبات الفضائية أو الموائل القمرية. أحد جوانب جعل هذا الواقع يأتي من البحث وتطوير المفاعلات الحيوية الفعالة التي يمكن أن تعمل في الجاذبية الصغرى ، وتحسين سلالات الطحالب لإخراج الأكسجين العالي والقيمة الغذائية ، وإجراء تجارب ممتدة في ظروف تشبه الفضاء لتحسين هذه الأنظمة. من المرجح أن يأتي جزء أساسي آخر من طرق دعم على المستوى الوطني ، على سبيل المثال ، فرص التمويل التي تقودها الحكومة والتي تتجاوز التخصصات ، مما يسمح لشركات المساحة والتكنولوجيا الحيوية بتقديم عطاءات مشتركة لتكييف التكنولوجيا لتطبيقات الفضاء.

يوفر البيولوجيا الاصطناعية احتمالات أخرى. يمكن أن تنتج الطحالب المعدلة وراثيا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى مجموعة من المركبات المفيدة ، من المواد التي تعزز الصحة وألياف النسيج إلى المعادن والمعادن الأساسية المستصلحة من مجاري النفايات.

مجال آخر ذو أهمية هو مواد القائمة على الفطريات. أظهرت Mycelium ، الهيكل الذي يشبه الجذر للفطريات ، إمكاناتها كدرع إشعاعي خفيف الوزن ، يمكن أن يزرع على متن المركبات الفضائية ، مما يقلل من الحاجة إلى إطلاق مواد محمية ثقيلة. ولكن لكي يتجاوز هذا المفهوم ، فإنه يتطلب اختبارًا صارمًا لمتانته في ظروف الفضاء القصوى ، وكذلك التكامل مع هياكل المركبات الفضائية الموجودة.

بينما لا يزال في مرحلة الاختبار ، تستكشف Star Helix هذا بالفعل ، سواء باستخدام الفطريات نفسها واستخراج المركب النشط للتضمين في المواد. في الولايات المتحدة ، هناك أيضا العمل الذي يخرج من Ames Research في ناساR ، مع التركيز أكثر على استخدام mycelium كمواد بناء ، مع الطوب التي يمكن استخدامها “لزراعة” المنازل باستخدام الفطريات للمستكشفين في المستقبل.

يمكن أن تلعب الأنظمة الميكروبية أيضًا دورًا في الإدارة الصحية. تتصرف البكتيريا بشكل مختلف في الجاذبية الدقيقة ، وغالبًا ما تصبح أكثر عدوانية ومقاومة للمضادات الحيوية. هناك حاجة إلى البحث لتطوير المواد الحيوية المضادة للميكروبات للتصميمات الداخلية للميكرات الفضائية والزمانية ، مما يساعد على التحكم في النمو البكتيري وتقليل مخاطر العدوى لرواد الفضاء.

ما الذي يتطلبه الأمر لجعل هذه التقنيات جاهزة للمهمة؟

لكي تصبح التكنولوجيا الحيوية أداة عملية لضوء الفضاء ، يجب أن تنتقل من التطبيقات الأرضية إلى أنظمة الفضاء التشغيلية بالكامل. وهذا يتطلب تكييف الأجهزة لبيئة الفضاء وإخضاعها للاختبار البيئي الواسع ، بما في ذلك الاهتزاز والصدمة والتجارب في العالم الحقيقي على متن المنصات مثل ISS أو Lunar Landers. يعد تجاوز الهندسة المستندة إلى الجاذبية أمرًا ضروريًا لإثبات أن هذه التقنيات يمكن أن تعمل في الجاذبية الدقيقة.

مع إمكانيات الإطلاق التجاري التي تقترب من التكاليف وأوقات الانتظار ، قد يستغرق التكيف والتحقق من التكنولوجيا الأرضية أقل من عام – اعتمادًا على تعقيد الأجهزة المعنية. على سبيل المثال ، لقد ثبت بالفعل أن التكنولوجيا قد أثبتت بشكل أرضي ، ويمكن للأجهزة إعادة هندسة قليلة نسبيًا ، ثم يمكن إجراء مجموعة من الاختبارات مثل الاهتزاز والصدمة واختبار غرفة الفراغ الحراري على الأرض. وبالتالي ، يمكن حجز فرص إعادة التحميل النافعة لمدة 10 أشهر تقريبًا ، بدلاً من 10 سنوات ، كما كان الحال قبل عقد من الزمان.

يجب أن تتطور هياكل التمويل أيضًا لدعم المشاريع الهجينة التي تقوم بتجميع التكنولوجيا الحيوية والفضاء ، بدلاً من إجبار الباحثين على التوافق مع فئة أو أخرى. يمكن أن يتضمن أحد النماذج المحتملة أموالًا مشتركة بين وكالات الفضاء ومستثمري التكنولوجيا الحيوية ، حيث تقاسم مخاطر الأبحاث في المرحلة المبكرة.

في الوقت نفسه ، هناك حاجة إلى مسارات تنظيمية واضحة لتوجيه اختبار ونشر أنظمة دعم الحياة التي تعتمد على التكنولوجيا الحيوية ، على غرار عملية الموافقة على الأدوية الجديدة قبل استخدامها في الطب البشري. يمكن أن تعمل وكالات الفضاء مع الهيئات التنظيمية الوطنية والدولية لإنشاء أطر لتجارب التكنولوجيا الحيوية في الفضاء ، وتحديد معايير السلامة وعمليات الموافقة لضمان تلبية هذه التقنيات المتطلبات الصارمة للبعثات الفضائية.

دور اسكتلندا في تقدم التكنولوجيا الحيوية الفضائية

بدأ العمل نحو التقدم في مجال التكنولوجيا الحيوية في اسكتلندا ، حيث استفادت البلد من أساسها القوي في كل من التكنولوجيا الحيوية والفضاء. بدعم مستمر ، يمكن أن تلعب اسكتلندا دورًا في سد الفجوة بين البحث والتطبيق في العالم الحقيقي. الاستثمار المستهدف في البنية التحتية هو المفتاح لتحقيق هذه الإمكانات بشكل كامل. من شأن مرفق مخصص لعلم الأحياء الدقيقة الفضائية-المجهزة بالمختبرات الرطبة ، بما في ذلك الأوتوكلافز ، وأغطية تدفق الصفحي ، والرسوم ، والبنية التحتية للاختبار المتعلقة بالفضاء ، أن يوفر للباحثين الأدوات اللازمة لتطوير واختبار طرق تحركها في مجال التكنولوجيا الحيوية في ظل ظروف تشبه الفضاء.

يمكن لصانعي السياسات تعزيز القطاع من خلال ضمان دعم نماذج التمويل شراكات الفضاء في مجال التكنولوجيا الحيوية في جميع أنحاء الأوساط الأكاديمية والصناعة ، مما يسمح للبحث بالتقدم إلى ما وراء مرحلة المفهوم إلى الاستخدام العملي. سيكون التعاون بين شبكات مثل مركز الابتكار في مجال التكنولوجيا الحيوية الصناعية (IBIOIC) و Space Scotland و Satellite Applications مفتاح التقدم المحرز. إن ضمان حصول هذه التطورات على دعم الأبحاث اللازم فحسب ، بل سيكون الدعم المالي والتنظيمي أيضًا أمرًا ضروريًا لجعلها قابلة للحياة في المهام المستقبلية.

مع استمرار الجهود المبذولة للعودة إلى تقدم القمر والمناقشات حول Mars Exploration ، من الواضح أن أنظمة دعم الحياة الحالية لها تاريخ انتهاء الصلاحية. تقدم Biotech بديلاً مكتفياً ذاتيًا-بديل-يتكيف ويتجدد بدلاً من التحلل بمرور الوقت. يتمثل التحدي التالي في ضمان انتقال هذه الاختراقات من الإمكانيات النظرية إلى التقنيات المتكاملة الكاملة القادرة على الحفاظ على حياة الإنسان خارج الأرض.

الدكتورة ناتاشا نيكولسون هي المدير المؤسس لـ Star Helix ، وهي شركة للأبحاث والتكنولوجيا الفضائية التي تتخذ من إدنبرة مقراً لها والتي تتكيف مع تقنيات الأرض في سوق الفضاء البشري.

يلتزم SpacEnews بنشر وجهات نظر مجتمعنا المتنوعة. سواء كنت أكاديميًا أو تنفيذيًا أو مهندسًا أو حتى مواطنًا مهتمًا في الكون ، أرسل حججك ووجهات نظرك إلى realle@spacenews.com ليتم النظر في النشر عبر الإنترنت أو في مجلتنا القادمة. وجهات النظر المشتركة في هذه المقالات هي فقط تلك الخاصة بالمؤلفين.

متعلق ب