Du hành không gian sẽ sử dụng thực phẩm được chế biến tại chỗ - Bước tiến công nghệ

Cho đến nay, các phi hành gia chủ yếu dùng thực phẩm đã được đóng gói sẵn trong các chuyến du hành không gian. Tuy nhiên, để có thể triển khai các nhiệm vụ ở khoảng cách xa hơn trong thời gian dài hơn, NASA đã triển khai một cuộc thi với hy vọng sẽ mở ra một kỷ nguyên mới về thực phẩm bền vững trong không gian.

Theo Ralph Fritsche, Giám đốc dự án cấp cao về sản xuất cây trồng không gian tại Trung tâm vũ trụ Kennedy của NASA ở Florida: “Thực phẩm đóng gói sẵn sử dụng trên Trạm vũ trụ quốc tế có thời hạn sử dụng 18 tháng. Hiện tại, chúng tôi chưa có loại thực phẩm nào có thể đáp ứng cho các nhiệm vụ trên sao Hoả. Vấn đề tương tự cũng sẽ xảy ra với các nhiệm vụ lên Mặt Trăng trong thời gian dài ngày hơn".

Theo NASA, phải mất thời gian nữa con người mới đến được sao Hỏa, tới Mặt trăng sẽ sớm thành hiện thực. Trong năm 2024, NASA có kế hoạch cử bốn phi hành gia bay quanh Mặt Trăng như một phần của Chương trình Artemis. Đây sẽ là đoàn phi hành gia đầu tiên hạ cánh xuống Mặt Trăng kể từ Apollo 17 năm 1972 (Apollo 17 (ngày 7-19 tháng 12/1972) là sứ mệnh hạ cánh lên Mặt Trăng cuối cùng trong chương trình Apollo của NASA, và cũng là lần gần đây nhất con người đặt chân lên Mặt trăng). Mục tiêu của NASA là khởi động lại chiến dịch đưa con người quay lại Mặt Trăng, và thời gian ở lại đó sẽ kéo dài không chỉ vài ngày mà có thể hàng tuần, hàng tháng, thậm chí lâu hơn.

Để giải quyết vấn đề cung cấp thức ăn cho các phi hành gia trong các nhiệm vụ dài ngày, tháng 1/2021, NASA đã khởi động Chương trình Deep Space Food Challenge, yêu cầu các công ty tham gia đề xuất những cách mới để phát triển thực phẩm bền vững. Từ 200 công ty tham gia ban đầu, giai đoạn hai (từ tháng 1/2023) chỉ còn 11 đội gồm 8 đội từ Mỹ và 3 đội quốc tế. Ngày 19/5 vừa qua, NASA đã công bố các đội tiến vào giai đoạn cuối của cuộc thi. Các đội chiến thắng sẽ được nêu tên vào tháng 4/2024 sau khi các đề xuất của họ được đánh giá cụ thể hơn.

Theo Angela Herblet thuộc Trung tâm Marshall của NASA ở Alabama “Giai đoạn 2 là một cuộc trình diễn ở cấp độ nhà bếp. Giai đoạn 3 sẽ thách thức cho các nhóm mở rộng quy mô công nghệ của họ. Các đội phải chứng minh hệ thống làm thực phẩm của họ có thể hoạt động liên tục trong ba năm và cung cấp đủ thức ăn cho một phi hành đoàn bốn người trong một sứ mệnh không gian trong tương lai. Các đề xuất giải pháp cần hướng đến việc tạo ra nhiều loại thực phẩm bổ dưỡng cho các phi hành gia”, Herblet cho biết.

Air Company - một trong năm công ty lọt vào vòng chung kết có trụ sở tại Hoa Kỳ,

Air Company - một trong năm công ty lọt vào vòng chung kết có trụ sở tại Hoa Kỳ, đã thiết kế một hệ thống thức ăn có thể sử dụng khí carbon dioxide (CO2) do các phi hành gia thải ra trong không gian để sản xuất rượu, sau đó rược sẽ được mang đi đi trồng thực phẩm ăn được. Công ty này cũng từng nghiên cứu cách thức sản xuất cồn làm nhiên liệu cho máy bay và nước hoa từ CO2.

Stafford Sheehan, đồng sáng lập và Giám đốc công nghệ của Air Company cho biết: “Tạo ra thức ăn từ không khí nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng xem cơ chế vận hành, bạn sẽ thấy nó đơn giản hơn nhiều. Chúng tôi đang lấy CO2, kết hợp với nước và dòng điện, tạo ra protein.”

Quá trình này sản xuất ra rượu, sau đó lên men, và tạo ra “thứ gì đó có thể ăn được,” Sheehan cho biết. "Công ty đã tạo ra một loại protein được mô tả là tương tự loại làm từ seitan, một chất thay thế thịt thuần chay. “Vị của nó khá ngon. Hệ thống sẽ lên men liên tục để cung cấp thức ăn cho phi hành gia. Bất cứ khi nào bạn cảm thấy muốn có một loại protein trong không gian, bạn sẽ làm một loại từ loại men đang phát triển này”.

Ý tưởng của phòng thí nghiệm Interstellar Lab ở Florida.

Phòng thí nghiệm Interstellar Lab ở Florida, một trong các ứng viên lọt vào vòng chung kết giai đoạn 3 có trụ sở tại Hoa Kỳ, cũng đưa ra một cách tiếp cận khác. Hệ thống của công ty này, được gọi là NUCLEUS, là một bộ mô-đun gồm các hộp nhỏ có kích thước bằng máy nướng bánh mì. Mỗi hộp đều khép kín, có độ ẩm, nhiệt độ và hệ thống tưới nước riêng. Thiết kế cho phép các phi hành gia dễ dàng trồng nhiều loại rau khác nhau, thậm chí là nuôi côn trùng như ruồi lính đen, được coi là nguồn protein đầy hứa hẹn. Barbara Belvisi, người sáng lập kiêm Giám đốc điều hành của công ty cho biết: “Chúng tôi đang mang một phần nhỏ của hệ sinh thái Trái đất vào không gian. Bạn có thể trồng nấm, côn trùng và rau mầm cùng lúc.”

Các phi hành gia sẽ cần từ ba đến bốn giờ mỗi tuần để gieo hạt, cắt tỉa và canh tác cây trồng, nhưng phần lớn việc này sẽ do AI điều khiển. Belvisi nói: “NASA không muốn loại bỏ hoàn toàn sự can thiệp của con người” Công ty cũng đã thiết kế các môi trường khép kín bơm hơi lớn hơn, được gọi là BioPods, với hy vọng một ngày nào đó có thể được sử dụng trên mặt trăng hoặc sao Hỏa.

Một trong ba công ty nước ngoài lọt vào vòng chung kết là Mycorena, có trụ sở tại Thụy Điển. Hệ thống sản xuất thức ăn của công ty này, AFCiS, sẽ tạo ra một loại protein gọi là mycoprotein từ quá trình lên men của nấm để thay thế các nguồn từ động vật hoặc thực vật. Theo Kristina Karlsson, trưởng bộ phận nghiên cứu và phát triển của công ty: “mycoprotein có hàm lượng protein rất cao, lên tới 60%, cũng giàu chất xơ, vitamin và chất dinh dưỡng, lại ít chất béo và đường. Bản thân mycoprotein không có nhiều mùi vị, rất trung tính, giống như vị umami hoặc bánh mì có men. Trong quá trình chế biến, kế cả việc kết hợp nó với hương liệu hoặc gia vị, có thể tạo ra nhiều loại thực phẩm, chẳng hạn như bánh mì kẹp thịt hoặc cốm. Một mô-đun được gắn vào hệ thống sẽ in 3D nấm thành kiểu thức ăn mong muốn. Karlsson nói: “Bạn có thể chọn từ màn hình và ăn một miếng thịt gà".

Hệ thống AFCiS của Mycorena (trái) tạo ra một loại mycoprotein giàu chất dinh dưỡng cũng có thể được tạo thành các hình in 3D.

Theo Nasa, những ý tưởng chiến thắng từ cuộc thi này sẽ không được sử dụng ngay trong các chiến dịch đổ bộ lên bề mặt Mặt Trăng lần tới, nhưng chúng cho thấy tính khả thi trong việc triển khai các nhiệm vụ không gian trong tương lai". "Bạn phải bắt đầu từ nhiều năm trước để đảm bảo rằng bạn có sẵn khả năng khi cần. Những khả năng đó có vẻ đầy hứa hẹn, Fritsche, Giám đốc dự án cấp cao về sản xuất cây trồng không gian tại Trung tâm vũ trụ Kennedy của NASA ở Florida chia sẻ.