Cibo vero nello spazio? La NASA punta sui LED

Parlare di piante nello spazio potrebbe sembrare un po' azzardato, ma per la NASA, e per gli astronauti, è una cosa seria. Il cibo disidratato in pillole degli astronauti sarà con noi ancora per un po', anche se non si tratta certo di quello che mangiavano negli anni '60 quando viaggiavano verso la Luna. Questo è di una versione molto migliorata, soprattutto in termini di sostanze nutritive (Figura 1). Si spera che anche il gusto sia accettabile, perché potrebbe essere l'unica fonte di nutrimento nello spazio forse anche per il viaggio verso Marte, previsto per il decennio 2030. Prima di allora, tuttavia, forse avremo qualche altro miglioramento, e anche qualche alternativa in più.

Figura 1: Anche se il tradizionale cibo disidratato per astronauti è migliorato dagli anni '60, l'utilizzo dei LED per coltivare verdure fresche nello spazio promette bene. (Immagine per gentile concessione di NASA)

Per capire meglio il futuro del cibo nello spazio e vedere di persona gli ultimi sviluppi della cucina cosmica, ho visitato il laboratorio "VEGGIE" presso il Kennedy Space Center della NASA, in Florida. Sono stato accolto dalla dott.ssa Gioia Massa, scienziata specializzata in scienze naturali che lavora al programma VEGGIE della NASA, un progetto per la coltivazione di ortaggi sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) (Figura 2).

Figura 2: La NASA ha un programma "VEGGIE" presso il Kennedy Space Center (KSC), diretto dalla dott.ssa Gioia Massa (a destra), che riguarda la coltivazione di ortaggi sulla Stazione Spaziale Internazionale. (Immagine per gentile concessione di Loretta Taranovich)

Perché e come coltivare gli ortaggi in orbita

Come già accennato, gli astronauti continueranno a cibarsi di alimenti disidratati. A breve, però, potrebbero avere a disposizione anche qualcosa di fresco e più famigliare, come la lattuga fresca. Le implicazioni sono importanti: gli astronauti mi hanno confessato che il lusso di poter mangiare qualcosa di fresco aggiunge al pasto un aspetto, un gusto e una consistenza famigliari che migliorano moltissimo il piacere di stare a tavola.

Per coltivare ortaggi nello spazio, la NASA si è rivolta ai cari vecchi LED (Figura 3), utili in questo caso in quanto riescono ad assicurare energia concentrata, alle diverse lunghezze d'onda dello spettro necessarie per far crescere le piante. I LED inoltre emettono pochissimo calore e possono quindi essere installati vicino alle piantine in ambienti ristretti.

Figura 3: La ricerca della NASA ha concluso che l'illuminazione LED è un'ottima sorgente di luce per favorire una crescita vigorosa delle piante nello spazio. (Immagine per gentile concessione di Loretta Taranovich)

Anche se l'illuminazione artificiale è stata utilizzata per diverso tempo per la coltivazione delle piante sulla terra, farlo nello spazio comporta diverse sfide. Nello spazio, l'illuminazione artificiale e l'areazione devono essere ottimizzate per assomigliare il più possibile al sole e al vento. Inoltre, l'affidabilità e la durevolezza sono fondamentali per i viaggi spaziali e quindi i LED risultano ideali per le lunghe missioni spaziali, come i viaggi verso Marte.

Il ruolo delle diverse lunghezze d'onda dei LED

Ogni lunghezza d'onda dei LED offre vantaggi specifici:

Rossa (da 630 a 660 nm): essenziale per la crescita degli steli e per l'espansione delle foglie. Questa lunghezza d'onda regola inoltre la fioritura, i periodi di dormienza e la germinazione dei semi.

Blu (da 400 a 520 nm): deve essere combinata attentamente a luce in altri spettri, perché la sovraesposizione a questo tipo di luce può arrestare la crescita di determinate specie di piante. La luce nello spettro blu influisce anche sul contenuto di clorofilla presente nella pianta, nonché sullo spessore delle foglie.

Verde (da 500 a 600 nm): una volta si pensava che questo spettro non fosse necessario per le piante, ma studi recenti hanno dimostrato che questa lunghezza d'onda penetra attraverso le fitte chiome superiori per favorire la crescita delle foglie sottostanti.

Rosso-lontano (da 720 a 740 nm): anche questo spettro attraversa le fitte chiome superiori per favorire la crescita delle piante sottostanti. Inoltre, l'esposizione alla luce a infrarossi riduce il tempo necessario per la fioritura. Un altro vantaggio della luce rosso-lontano è il fatto che le piante esposte a questa lunghezza d'onda tendono a produrre foglie più grandi rispetto alle altre.

Gli scienziati della NASA hanno scoperto anche che l'aggiunta di luci LED bianche all'interno delle stringhe di LED assicura che le piante coltivate al chiuso ricevano l'irraggiamento fotosinteticamente attivo di cui hanno bisogno per una salute, una crescita e una resa ottimali nello spazio.

OSRAM sta già lavorando con la NASA alla coltivazione delle piante in orbita. L'impianto di illuminazione a LED Phytofy dell'azienda è un sistema per orticoltura a LED unico nel suo genere e regolabile da UV a rosso-lontano, con controllo in tempo reale e possibilità di programmare ogni canale singolarmente (Figura 4). Questo sistema calibrato è progettato per fornire trattamenti luminosi con diversi spettri, lunghezze d'onda e intensità per la ricerca per l'orticoltura. Phytofy è la scelta ideale per la ricerca e lo sviluppo di ricette di luce specifiche per le piante. Il controllo della luce è disponibile tramite un'interfaccia grafica utente. Il sistema aiuta la NASA ad affinare le caratteristiche dei propri LED nello spazio con un colore, una durata e un'intensità ottimali dell'illuminazione a LED, per favorire una crescita e uno stato di salute ideali per le piante.

Figura 4: OSRAM lavora con la NASA al proprio sistema Phytofy per stabilire il colore, la durata e l'intensità ottimale dei LED per la crescita delle piante. (Immagine per gentile concessione di NASA)

Buona parte della ricerca della NASA si svolge sulla terra, ma i LED sono stati inviati alla Stazione Spaziale Internazionale per il collaudo finale. I LED di tipo commerciale possono essere approvati per l'uso nello spazio da un ampio ventaglio di aziende.

Irrigazione nello spazio

Naturalmente le piante hanno bisogno di acqua. A questo scopo, il seme di ogni pianta viene posizionato su un tappetino o cuscinetto e annaffiato individualmente (Figura 5). Ogni cuscinetto contiene argillite, un substrato per la crescita che si è dimostrato la soluzione migliore per coltivare piante nello spazio. Un tampone di schiuma tiene fermo lo strato di argillite per le radici e contribuisce anche ad evitare che queste ultime arrivino inavvertitamente alle luci LED.

Figura 5: La dott.ssa Massa sistema l'impianto di irrigazione per le piante. (Immagine per gentile concessione di Loretta Taranovich)

L'acqua e l'altezza della pianta sono tenute sotto controllo per tutto il ciclo di crescita, dopodiché si raccolgono gli ortaggi e inizia un altro ciclo di crescita.

Conclusione

Lo spazio è un ambiente a dir poco difficile, quindi qualsiasi cosa la NASA riesca a fare per renderlo più confortevole sarà sicuramente apprezzato dalla prossima generazione di astronauti che si avventurerà sempre più lontano dalla terra. Con la collaborazione di aziende come OSRAM, sembra che gli scienziati della NASA saranno in grado di coltivare piante nello spazio. Nell'ottica generale delle cose, questa potrebbe sembrare una conquista molto limitata, tuttavia assicurerà nutrimento, gusto e la tanto desiderata sensazione di casa ai coraggiosi esploratori dell'ultima frontiera.

Personalmente, non vedo l'ora di conoscere le prossime forme di cibo nello spazio. Forse la pizza?