نباتات الفضاء

نمو النباتات في الفضاء الخارجي  لها الكثير من الاهتمام في المجال العلمي.  في أواخر القرن العشرين والواحد والعشرين ، كان غالبا ما تم نقل النباتات إلى الفضاء في مدار أرضي متدني لتزرع في بيئة تحت الرقابة ولكن بدون ضغط ، وتسمى في بعض الأحيان بحدائق الفضاء.  وفي الكثير من  الرحلات البشرية للفضاء  ، يمكن النباتات كغذاء و / أو توفير جو لطيف.  يمكن أن تستقبل النباتات ثاني أكسيد الكربون في الهواء  وتقوم بإنتاج  الأكسجين  ، ويمكن أيضا  تساعد في التحكم في رطوبة الفضاء.  قد تزود زراعة النباتات في الفضاء بفائدة صحية لأفراد الذين يذهبون إلى  الرحلات الفضائية البشرية.  غالبا  ما تكون النباتات عنصر رئيسي من التجارب أو التطوير التقني لزيادة تطوير حدائق الفضاء أو عمل تجارب علمية.  وإلى ال النباتات التي أرسلت إلى الفضاء حظيت اهتماما علميا  كبير، مع مساهمات محدودة النطاق فقط في وظائف المركبة الفضائية ، وفي المقابل كان مشروع شجرة أبولو  القمر   دراسة مستمدة من الغابات إلى حد ما وعنصر أساسي من الأشجار تستخدم لاحتفال بالذكرى السنوية الثانية لبلد ما. 
التحدي الأول والأصعب هو كيفية  زراعة النباتات في الفضاء و كيفية جعل النباتات تنمو دون خطورة عليها.  هذا يواجه مشاكل فيما يتعلق بآثار الجاذبية على تطوير الجذر ، وتوفير وتزويدها  بأنواع الإضاءة المناسبة ، وغيرها من التحديات. بالمقابل ، فإن تمديد بالمغذيات إلى الجذور وكذلك الدورات الكيمائية الأرضية الاحيائية للمغذيات ، والتفاعلات المكروبيولوجية في الركائز القائمة على التربة معقدة بشكل خاص ، ولكن تم اثبات انها أ تجعل زراعة الفضاء متاحة في الجاذبية الصغرى والقصيرة.   
تخطط شركة ناسا العالمية لزراعة النباتات في الفضاء من أجل  إطعام رواد الفضاء ، وتوفير فوائد صحية لرحلات الفضاء الطويلة المدى.  في عام 2017 ، على ظهر شركة الفضاء الدولية في جهاز واحد  فقط لنمو النبات ، تشمل المحصول الخامس من الملفوف الصيني   (براسك بارا ) منه مخصصًا لاستهلاك الطاقم ، بينما تم حفظ الباقي للدراسة الطبيعية.  التقط مصور فوتوغرافي ياباني صوراً للزهور وشجرة بوسناي في رحلة إلى الفضاء باستخدام بالون.  تفاصيل جديدة للنباتات في الفضاء ، كانت الأشجار على محطة القمر الفضائية ، في القصة القصيرة عام  1869 بعنوان " ذا بريك مون ".  
في عام 2010 ، كانت هناك رغبة شديدة في القيام بدراسات فضائية طويلة المدى ، مما يؤدي إلى الرغبة في زراعة النباتات الفضائية كغذاء أساسي لرواد  الفضاء.  ومن الأمثلة على ذلك إنتاج الخضروات في محطة الفضاء الدولية في منتصف الأرض.  بقدوم عام 2010 ، لقد تم إجراء ما يقارب 20 تجربة لنمو النبات على ظهر المحطة الدولية الفضائية .  
لقد ركزت العديد من التجارب على كيفية وضع الاختلافات بين نمو النبات وتوزيعه في الجاذبية الصغرى  في الفضاء، وظروف الفضاء مقابل ظروف الأرض. يوضح ذلك للعلماء استكشاف ما إذا كانت بعض أشكال نمو النباتات فطرية أو مزروعة بيئيًا من الأمثلة ، قام حديثا براون اجراء اختبار عن حركات الشتلات على  ظهر مكوك الفضاء كولومبيا في عام 1983. تم ملاحظة حركات شتلات عباد الشمس أثناء وجودها في المدار. وقد استنتجوا أن الشتلات لا تزال  تنمو وتقوم بدوران دائريا بالمقابل  انخفاض الجاذبية ، مما يدل على أن هذه السلوكيات غريزية.  
وقد استنتجت تجارب  ثانية أن النباتات لديها القدرة الكافية على إظهار الجاذبية ، حتى في ظروف الجاذبية القليلة. ومن الأمثلة عليها  ، يسمح نظام الزراعة المعيار الأوروبي الشريك الأساسي لوكالة الفضاء الأوروبية  بإجراء تجارب على نمو النبات ؛ يمكن للعلماء على متن المحطة الفضائية الدولية ، بوصفهم دفيئة صغيرة ، عن بحثهم في كيفية تفاعل النباتات في ظروف الجاذبية المتنوعة. استخدمت تجربة Gravi-1 (2008) EMCS لدراسة نمو شتلات العدس وحركة الأميلوبلست على المسارات المعتمدة على الكالسيوم.  سجلت نتائج هذه التجربة أن النباتات لديها القدرة على استشعار  نحو الجاذبية حتى  مستويات ضعيفة. أجريت تجربة جديدة EMCS 768 شتلة عدس في جهاز طرد مركزي لتحفيز التغيرات الجاذبية المختلفة ؛ نتائج هذه التجربة ، جريفي الثانية (2014) ، أن النباتات تقوم بتغير إشارات الكالسيوم إلى نمو الجذر خلال نموها في عدة مستويات للجاذبية.  
العديد من التجارب تتبع نهجية أكثر دقة  في مراقبة أنواع نمو النبات الكاملة بدلا من نمط نمو معين واحد. سجلت احدى هذه التجارب التي أجرتها وكالة الفضاء الكندية ، ومن الأمثلة  ، أن شتلات الراتين جية البيضاء نمت بشكل مختلف في بيئة الفضاء المعاكس للجاذبية بالمقارنة بالشتلات المرتبطة بالأرض ؛  أظهرت الشتلات الفضائية نموًا جيدا من أنواع البراعم والإبر ،أيضا كان  لديها توزيع عشوائي الأميلوبلست مقارنة مع مجموعة التحكم المرتبطة بالأرض.

الجهود الأولى المبذولة

الكائنات الأولى الحية في الفضاء كانت  من"سلسلات من البذور وضعت مخصصة" أطلقت إلى 134 كيلومتر (83 ميل)  في 9 يوليو 1946 على الولايات المتحدة أطلقت صاروخ V-2 . لم يتم استرجاع هذه العينات.  البذور الأولى  التي تم إطلاقها في الفضاء وتم استردادها بنجاح كانت عبارة عن الذرة التي تم إطلاقها في 30 يوليو 1946. قريب جدا من  الجاودار والقطن . تم التعامل مع هذه التجارب البيولوجية من غير المدارية الحديثة من قبل جامعة هارفارد ومختبر البحوث البحرية وكانت معنية بالتعرض للإشعاع على الأنسجة الحية.  في عام 1971 ، تم أخذ  ما يقارب 500 من بذور الأشجار ( الصبار و شجرة الجميز و Sweetgum وشجرة السكويا و دوغلاس ) حول القمر في Apollo 14 . تزرع أشجار القمر وتنمو مع وجود قوانين على الأرض حيث لم يتم حتى الآن اكتشاف أي تغييرات بها.

عصر محطة الفضاء

في عام 1982 ، قام طاقم العمل من المحطة الفضائية السوفيتية Salyut 7 بوضع تجربة ، وضعها علماء ليتوانيون ( Alfonsas Merkys وغيرهم) ، ونمت بعض نبات الأرابيدوبسيس باستخدام جهاز Fiton-3 التجريبي للبيوت الزجاجية الصغيرة ، وبهذا  أصبح  النباتات الأولى التي تزرع وتنتج البذور في الفضاء.   تم دراسة  تجربة سكايلاب   كيفية تأثير الجاذبية والضوء على نباتات الأرز .   حققت البيوت الخضراء الفضائية SVET  بنجاح نمو النبات إلى البذور في عام 1997 على ظهر محطة الفضاء مير .  حمل Bion 5 Daucus carota و Bion 7 حمل الذرة (الذي يطلق عليها الذرة). 
استمرت البحوث النباتية في محطة الفضائية الدولية  باستخدام نظام إنتاج في  ISS  الحملة الرابعة .  أيضا تم استخدام نظام إنتاج الخضروات (النباتية) مؤخرا على ظهر محطة الفضاء الدولية .  وتضمنت النباتات التي تم اختبارها  أنواع  الخضار قبل الذهاب إلى الفضاء ومن الأمثلة عليها: الخس والشمندر السويسري وملفوف  الصيني والفاصوليا.  نمت الخس الأحمر الخس في الفضاء على حملة 40 التي تم حصادها عندما نضجت وتجميدها واختبارها مرة ثانية على الأرض. أصبح أعضاء حملة 44 من أول الرواد الفضاء أمريكيين   الذين  يأكلون نباتات التي  تزرع في الفضاء في اليوم العاشر من  أغسطس 2015 ، عندما تم حصاد محاصيلهم  من  الخس الأحمر.  منذ عام 2003 ، كان رواد الفضاء  يأكلون نصف محصولهم بينما اتجه النصف الثاني لأجراء البحوث والتجارب .  في عام 2012 ، ازدهر دوار الشمس  على متن محطة الفضاء الدولية تحت رعاية رائد الفضاء شركة ناسا دونالد بيتيت .  في يناير 2016 ، أعلن رواد شركة د فضاء أميركيون أن ورود الزينة قد نمت على ظهر محطة الدولية الفضائية.  
في عام 2017 ، تم تصميم العادات المتقدمة للنباتات لمحطة الدولية للفضاء  (ISS) ، التي كانت عبارة عن نظام نمو نباتي مستديم  لمحطة الفضائية حول مدارات  أرضية منخفضة جدا.  يتم وضع النظام بالتساوي مع نظام آخ أيضا  نمت فيه النباتات على ظهر المحطة ، VEGGIE ، والفرق الرئيسي في هذا النظام هو أن APH المصمم يحتاج إلى صيانة  أقل  من  البشر.  ويدعم APH من قبل مدير الزمن الحقيقي العادات المتقدمة  للنباتات  .  بعض النباتات التي كان من الأساسي  اختبارها في APH تشمل Dwarf Wheat و Arabidopsis. .  في ديسمبر 2017 ، تم  أرسال العديد من مئات البذور إلى محطة الفضاء الدولية للنمو في نظام VEGGIE.  
في عام 2018 ، تم وضع  تجربة علمية عن  Veggie-3 باستخدام الوسائد النباتية وحصائر الجذرية.  أحد الأهداف هذه التجربة هو زراعة الغذاء لاستهلاك الطاقم. الفضائي   تتضمن المحاصيل التي تم اختبارها في هذه التجربة الملفوف والخس والميزونا .  وفي عام 2018 ، تم اجراء  اختبار لنظام  برك \الأحواض للتوصيل المغذي في الجاذبية الصغرى.  في ديسمبر 2018 ، أطلق المركز الألماني للفضاء القمر الصناعي EuCROPIS في منتصف أرضي منخفض. تحمل هذه المهمة  والتجربة دفيئتين مخصصتين لزراعة الطماطم (البندورة) تحت ثقل مناسب للقمر و كوكب المريخ  عن طريق استخدام منتجات ثانوية للطاقم البشري  الموجود في الفضاء كمصدر للمواد المغذية. 
التغير الرابع النزول على سطح السفينة في يناير 2019 ، انقطعت حوالي 3 كـغ (6.6 رطل) وأغلقت "المحيط الحيوي" بالبذور وبيض الحشرات  لأجراء اختبار ما أن النباتات والحشرات قد تفقس وتنمو معًا في تآزر.   احتوت التجربة  أيضا على بذور البطاطا والطماطم وأرابيدوبسيس ثاليانا (نبات مزهره) وكذلك يعني  بيض دودة القز فأصبحت هذه النباتات الأولى التي تنمو على  القمر . سوف تظل الأنظمة البيئية الحاوية ثابتة ومثل الأرض ، باستثناء حجم القمري  المنخفض.  إذا انكسر البيض ، فإن اليرقات سوف تنتج  غازثاني أكسيد الكربون ، بالمقابل أن النباتات المبتلة سوف تطلق غاز الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي . من المحتمل أن تتمكن كل من النباتات والديدان القشرية من صنع تآزر بسيط داخل الحاوية. سوف نضع  كاميرا مصغرة لتصوير أي نمو.  وتم تصميم التجربة البيولوجية من قبل 28 جامعة صينية.