Planeta się nagrzewa, oceany utleniają się, lasy Amazonki płoną, a Arktyka zamiast śniegu pokryta jest mikroplastikiem. Eksperci twierdzą, że szkoda wyrządzona przez ludzkość jest tak wielka, że globalna katastrofa ekologiczna już się rozpoczęła. Nawet optymistom trudno zaprzeczyć, że nasz ślad ekologiczny jest bardziej podobny do śladów ciężkich butów, które depczemy po powierzchni planety. Na tym ponurym tle rodzi się rozsądne pytanie: czy nie jest lekkomyślnością wyrzucanie ogromnych ilości pieniędzy, aby wysyłać ludzi w kosmos, do innych światów? A może wręcz przeciwnie, jest to cyniczne rozwiązanie palących problemów planety wpadającej w wir ogonowy?
Niemniej jednak podróże kosmiczne mogą zapewnić ludzkości znacznie więcej niż tylko ratującą życie słomkę dla ekscentrycznych miliarderów. Niezależnie od tego, czy jest to nowoczesny statek kosmiczny na niskiej orbicie okołoziemskiej, czy przyszłe placówki na Księżycu lub Marsie, będziemy musieli w taki czy inny sposób odtworzyć cykl życia poza naszą planetą. A do obecnych i przyszłych lotów kosmicznych potrzebne są technologie cyklu zamkniętego i uniwersalnego przetwarzania - zapewnią niewyczerpany przepływ wody, powietrza i żywności.
Z drugiej strony wiemy już, jak zagrażamy planecie i co należy z tym zrobić. „Wszystkie narzędzia potrzebne do zrównoważonego życia są tu i teraz” - powiedziała Kate Marvel, klimatolog z Columbia University i współpracownik NASA. „Tak, nadal nie możemy rozwiązać problemu zmian klimatycznych, ale wcale nie dlatego, że pociąga nas kosmos”. Same loty kosmiczne nie mogą uratować Ziemi, a tym bardziej naiwnych marzeń o opuszczeniu ich rodzinnej planety.
Rolnicza puszka
Nie da się przetrwać bez innowacji technologicznych w kosmosie, ale decyzje z przeszłości miały charakter czysto tymczasowy. Wystarczy przypomnieć sobie serię załogowych lotów NASA na statku kosmicznym Apollo - ich maksymalny czas trwania sięgał 12 dni. Ale zmiana jest tuż za rogiem: administracja Trumpa obiecuje wylądować na Księżycu do 2024 roku. Luke Robertson, starszy naukowiec zajmujący się testami lotów w Kennedy Space Center NASA, mówi, że agencja zamierza zbudować zrównoważoną infrastrukturę na powierzchni Księżyca do 2028 roku, co będzie wymagało długoterminowego, odnawialnego przechowywania żywności, powietrza i wody.
Niektóre z tych technologii wykraczają poza astronautykę. Ostatecznie sporo wynalazków opracowanych przez agencje kosmiczne przeniosło się do sektora komercyjnego. Weźmy na przykład szereg projektów przyjaznych dla środowiska - w tym zrównoważoną produkcję ropy naftowej i wykorzystanie oświetlenia LED do uprawy roślin.
Zbieranie plonów w kosmosie nie jest łatwym zadaniem. Tak więc technologie takie jak specjalistyczne oświetlenie i zaawansowane czujniki odgrywają kluczową rolę na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), gdzie do produkcji żywności wykorzystuje się energooszczędne metody, takie jak system Veggi, wyjaśnia hodowca NASA Gioia Massa. Diody LED wzrostu roślin zostały po raz pierwszy użyte w latach 80. XX wieku w ramach eksperymentów NASA. Obecnie, zauważa Massa, technologia ta pozwala zaoszczędzić ogromne ilości energii w uprawach szklarniowych.
Film promocyjny:
NASA współpracowała również z Florikanem. Ta firma opracowuje nawozy powlekane polimerami, które uwalniają składniki odżywcze powoli i stopniowo. Pomaga to zmniejszyć spływ nawozów do środowiska i zmniejszyć szkody dla środowiska. Massa mówi, że nawozy są z powodzeniem stosowane w kosmosie i dobrze się sprawdzają na ISS. Chociaż są przeznaczone do dalszego wykorzystania w kosmosie, z powodzeniem są również wykorzystywane w rolnictwie komercyjnym.
Niektóre innowacje środowiskowe pojawiły się tylko dlatego, że NASA pracuje nad odpowiedzialnym zarządzaniem środowiskiem, mówi Daniel Lockney, szef transferu technologii. Budowanie sprzętu kosmicznego na Ziemi to chaotyczna sprawa. Paliwa, farby, rozpuszczalniki i inne toksyczne materiały mogą przedostawać się do środowiska. Dlatego NASA opracowała zemulgowane żelazo o zerowej wartościowości (EZVI), materiał, który „przywiera” do chlorowanych rozpuszczalników w wodach gruntowych. Początkowo był używany do czyszczenia miejsc startowych, ale stopniowo był używany w zakładach chemicznych i silnie zanieczyszczonych miejscach w ramach rządowego programu Superfund.
Kosmonauci i Ziemianie potrzebują wody pitnej. Zatruta woda co roku zabija miliony ludzi i wszystkie środki są dobre, aby zapobiec tej tragedii.
Dobrym przykładem tego, jak NASA może rozwiązać ten problem, jest mikrobiologiczny zawór zwrotny. System został pierwotnie opracowany dla amerykańskiego statku kosmicznego, ale jego ulepszona wersja jest zainstalowana na pokładzie ISS, biernie zapobiegając przedostawaniu się szkodliwych drobnoustrojów do zbiorników wody pitnej. Inne modyfikacje działają na Ziemi, utrzymując czystość wody w zanieczyszczonych obszarach bez dostępu do prądu - oraz w gabinetach dentystycznych. (Pamiętasz płyn, którym płuczesz usta po wizycie u lekarza? Cóż, ta woda przeszła to samo czyszczenie, aby zminimalizować ryzyko infekcji jamy ustnej.)
Roberson i Melanie Pickett, naukowiec z NASA z doktoratem, pracują nad systemami oczyszczania wody dla podróży kosmicznych, w tym ISS. Ścieki są teraz oczyszczane chemikaliami. „Ale te chemikalia nie są zrównoważone” - mówi Roberson. System wymaga ciągłego uzupełniania z Ziemi. On i Pickett opracowują nowe systemy wykorzystujące rośliny i drobnoustroje do przetwarzania odpadów. Docelowo okaże się to nowym słowem w pracy toalet i szamba na Ziemi.
Podobnie jak w przypadku wody, uczynienie oddychającego powietrza nieograniczonym zasobem w kosmosie nie jest łatwe. Na ISS tlen jest tradycyjnie pozyskiwany z wody - trzeba go stale sprowadzać z Ziemi, co jest kosztowne i marnotrawne. Od 2018 r. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) próbuje zmienić sytuację dzięki nowemu, ulepszonemu systemowi zamkniętego obiegu, który usuwa dwutlenek węgla z atmosfery stacji kosmicznej, uwalnia tlen w celu uzupełnienia powietrza do oddychania i oszczędza wodę.
Chociaż na nieproporcjonalnie dużą skalę i przy różnych wymaganiach operacyjnych, systemy wychwytywania dwutlenku węgla będą bardzo przydatne na Ziemi jako część kompleksowego rozwiązania problemów klimatycznych. Technologia opracowana dla kosmosu może równie dobrze działać na Ziemi.
Losowe efekty dodatkowe
Jedną z głównych zasad wszystkich tych innowacji jest to, że nic się nie marnuje. Massa zauważa, że w kosmosie nawet odpady są uważane za cenny zasób, a ich usuwanie jest lekkomyślne. To podstawa systemów zamkniętych: w idealnym przypadku wszystkie komponenty są przetwarzane bez wyjątku i nie powstają żadne odpady. Wyobraź sobie zamknięte terrarium, w którym miniaturowe ekosystemy roślinne żyją i rozwijają się przez dziesięciolecia bez najmniejszej ingerencji z zewnątrz.
Projekt Microekological Life Support System Alternative lub Melissa (MELiSSA) ściśle przestrzega tej zasady. Z pomocą stale udoskonalanego zakładu pilotażowego w Barcelonie, projekt ten, pod auspicjami Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), ma na celu stworzenie zamkniętego biologicznego systemu podtrzymywania życia.
Instalacja pilotażowa, która wykorzystuje fotosyntezę do przetwarzania odpadów, oczyszczania powietrza, dostarczania tlenu i produkcji żywności, jest zamieszkana nie przez astronautów, ale przez szczury. W czasie jej pracy zmieniło się już kilka pokoleń zwierząt i dotychczas nie było wśród nich ofiar. Na ISS z powodzeniem wdrażanych jest szereg eksperymentów związanych z Melissą - na przykład Artemiss, który produkuje biomasę spożywczą i tlen z fotosyntezy.
Projekt został zapoczątkowany w 1989 roku w celu stworzenia systemu podtrzymywania życia dla załogi podczas długiej podróży międzyplanetarnej do połowy lat 20. ubiegłego wieku. Jego wyniki są obiecujące - mówi Christophe Lasseur, szef Melissa w ESA. Na przykład tę samą technologię oczyszczania moczu można zastosować w odległych obszarach i miejscach katastrofy - oszczędzając pieniądze na kosztownym transporcie wody pitnej z daleka.
Wzniosłe ideały to jedno, ale kryterium całej prawdy jest praktyka. Nie wszystkie innowacje są realizowane, a poza tym na pewno nie dzieje się to z dnia na dzień. Jak wyjaśnia Robertson, potrzeba średnio siedmiu do dziesięciu lat, aby jego własne wynalazki osiągnęły poziom komercyjny. Melissa jest projektowana od 50 lat.
Musimy być cierpliwi. „W rzeczywistości jest to bardzo dalekowzroczne” - mówi Lockney. „Nie mamy wątpliwości, że woda jest mokra. Inwestowanie w nowe eksperymenty prędzej czy później przyniesie nam wynalazki, które przyniosą korzyści całej ludzkości”.
Innowacje tylko podkreślają potrzebę inwestowania w prace projektowe i rozwojowe. „Najbardziej interesujące w nauce jest to, że nigdy nie wiadomo, co się ostatecznie wydarzy” - mówi Marvel. W końcu nikt nie przypuszczał, że Internet i Wielki Zderzacz Hadronów okażą się wynikiem tego samego przedsięwzięcia.
Oprócz długich czasów realizacji i elementu nieprzewidywalności, astronautyka pomogła już w stworzeniu szeregu skutecznych (jeśli nie rewolucyjnych) technologii konsumenckich. Dlaczego nadal są mało znane opinii publicznej? Chad Anderson, dyrektor generalny grupy venture capital Space Angels, uważa, że część tego można przypisać złemu marketingowi.
Anderson uważa, że transfer technologii z kosmosu doprowadził do znacznych postępów w zrównoważonej produkcji, a także w bardziej przyziemnych obszarach, takich jak transport, opieka zdrowotna i komunikacja. Problem polega na tym, że agencje kosmiczne nie potrafią skutecznie reklamować opinii publicznej swoich historii sukcesu. „Firmy kosmiczne są znane ze słabej autopromocji” - mówi Anderson.
Jak na ironię, mówi Anderson, zajęcie się obecną sytuacją stanowi jeszcze większe wyzwanie. Weźmy na przykład magazyn firmowy Spinoff NASA, który omawia innowacje technologiczne od 1976 roku. Pomimo solidnego rodowodu, pismo pozostaje publikacją wysoce wyspecjalizowaną i niedostępną - prawie nigdy nie jest czytane, a wielu nigdy o nim nie słyszało. Aby zainteresować publiczność i dotrzeć do ogólnego czytelnika, Anderson zaleca wyraźniejsze podkreślenie związku między astronautyką a życiem codziennym.
Kochanie, zmniejszyłem planetę
Tak czy inaczej, innowacje środowiskowe są mile widziane, ale nie możemy polegać wyłącznie na rozwiązaniach technologicznych. Teren jest całkiem znośny, mówi Marvel, i nie ma co próbować przenieść się do puszek. Na szczęście niektóre projekty nie tylko pozwalają nam przetrwać w kosmosie, ale pomagają nam lepiej poznać naszą planetę.
Weź słynną Biosphere 2 w Arizonie. W latach 90. miał miejsce tu przełomowy eksperyment: starannie wyselekcjonowani mężczyźni i kobiety zostali umieszczeni w jakimś izolowanym środowisku na dwa lata, aby obserwować rozwój ich związków i ekosystemów (Biosfera 1 jest rozumiana jako Ziemia).
Chociaż większość „Biosfery-2” została zapamiętana jako epizod, w którym poziom tlenu spadł tak bardzo, że życie mieszkańców było zagrożone i wymagana była interwencja z zewnątrz, eksperyment był bardziej udany, niż mogłoby się wydawać. Naukowcy wiele zrozumieli na temat systemów podtrzymywania życia na Ziemi, a różne prace naukowe wylewały się jak róg obfitości. Taki był w istocie zamysł: zrozumieć różne systemy Ziemi, aby lepiej zarządzać planetą, wyjaśnia John Adams, obecny zastępca dyrektora placówki, która później została przekazana na University of Arizona.
Obecnie miejsce to odtwarza kilka modelowych ekosystemów - od naturalistycznych lasów deszczowych po masę oceaniczną. Manipulując różnymi elementami tych ekosystemów razem i indywidualnie, naukowcy próbują zrozumieć, w jaki sposób działają (i rozkładają się) ich odpowiedniki w świecie rzeczywistym.
W tym samym miejscu, ale nie w ramach początkowego eksperymentu „Biosphere-2”, funkcjonuje Obserwatorium Ewolucji Krajobrazu. Składa się z trzech masywnych konstrukcji zbudowanych na zboczu wulkanicznego bazaltu, który pod wieloma względami przypomina teren Marsa. Peter Troch, dyrektor naukowy Biosphere 2, wyjaśnia, że obserwatorium pomaga zrozumieć, jak zmienić martwy krajobraz w coś zrównoważonego. „Zazwyczaj świat fizyczny i biologiczny są ze sobą ściśle zespawane i nie jest łatwo je rozdzielić, aby zrozumieć dynamikę ich relacji i ponownie je połączyć” - mówi Adams. Do tego „ekologicznego otwarcia” przeznaczone jest Obserwatorium Ewolucji Krajobrazu.
Chociaż praca ta koncentruje się głównie na środowisku kosmicznym, zauważa Troch, zdobyta wiedza może pomóc w przywróceniu najbardziej zdegradowanych ekosystemów Ziemi. „Czy w kosmosie, czy na Ziemi, rozwiązujemy te same problemy” - mówi Daniele Laurini, szef systemów badawczych ESA.
Zrozumienie Ziemi jest tutaj najważniejsze. "Jeśli nadal nie rozumiemy, jak działają ziemskie systemy, dzięki którym żyjemy i od których jesteśmy zależni, to dlaczego wyobrażaliśmy sobie, że możemy je odtworzyć?" Pyta Adams.
Technologie kosmiczne z pewnością odgrywają kluczową rolę - i to nie tylko w systemach podtrzymywania życia. W końcu dzięki tym samym satelitom od kilkudziesięciu lat obserwujemy planetę z niespotykaną dotąd szczegółowością. Marvel zauważa, że dla klimatologów i ekologów był to przełomowy moment.
Ale jeśli utrzymamy Ziemię w stanie gotowym do życia - a już jesteśmy całkiem zdolni do rozwiązania tego kryzysu - to jaki jest sens dążenia do gwiazd? Możemy produkować tlen na Marsie, żebyśmy mieli czym oddychać, albo uprawiać sałatę na Księżycu, żeby mieć coś, ale Ziemia już nam to wszystko dała, mówi Massa. Być może, rozmyśla, wyzwania związane z przetrwaniem w kosmosie sprawią, że ludzie bardziej docenią rzeczy, które uważamy za oczywiste w domu.
Robin George Andrews