עתיד ההנדסה הביוכימיה במערכות תמיכה בחיים

הנדסה ביוכימית: אבן הפינה של מרחב עצמאי

כשסוכנויות חלל וארגונים פרטיים מציבים את המראות שלהם על שהייה ממושכת של הירח, משימות מאדים מאוישות, ואפילו מושבות קבועות מחוץ לעולם, האתגר של שמירה על בני אדם חיים רחוק מכדור הארץ מעולם לא היה דחוף יותר.העברה המסורתית מכדור הארץ הופכת יקרה וגלויה בלתי אפשרית לחלוטין מעבר למרחב המטורף-הנפשי, מציאות זו מציבה הנדסה ביוכימית בלב ליבה של חקר החלל העתידי.

בניגוד לשיטות תמיכה גופניות או כימיות הנחוצות אנרגיה גבוהה ומבוססות על מסננים ומחסניות, גישות ביוכימיות מציעות את ההבטחה של פתרונות רגנרטיביים, בזבזניים נמוכים, למשל, כורים מיקרוביאליים יכולים להמיר פסולת אורגנית למשאבים שניתן להשגה כגון מתאן (ללחות או אנרגיה), חנקן (לפריית צמחי), ואפילו חלבון יחידי (International Space Station) כבר הוכיח כ-85% מתהליכי נשימה ביולוגית) כולל דלקת מים סגורה.

תהליכים ביוכימיים בסיסיים לתמיכה בחיים

כדי להבין את העתיד, זה עוזר לבדוק את התהליכים הביוכימיים הליבה להיות מותאם לחלל. התהליכים האלה ממינוף חילוף החומרים המיקרוביאלי הטבעי, תגובות נזימטיות וביולוגיה סינתטית כדי להמיר זרמי פסולת למשאבים.

דור החמצן ו- Carbon Dioxide Reduction

בחלל, חמצן מיוצר כיום בעיקר על ידי אלקטרוליטיזה של מים - פיזור H2O לחמצן ומימן. אבל תהליך זה דורש אנרגיה גבוהה וצריכה מים אשר יכול לשמש אחרת לשתייה או היגיינה. חלופות ביוכימיות לייצר CO2O לשימוש מיקרובים מינוטיים (cynaobacteria, אצות) או מינרלים ממונדסים כדי ללכוד CO2 וליצור חמצן באמצעות ויזואליזציה, באמצעות כמה ניסויים מיקרוביולוגיים, כגון מיקרוביים, כגון מיקרוביאוברליסטים, כגון: "מיקרוביאובולטיסטיקיים" (microbihane תאים מיקרוביים," (microbihane) או חיידקים) או חיידקים ביולוגיים," (microbihane) או חיידקים ביולוגיים, או חומרים ביולוגיים, או חיידקים ביולוגיים, או חומרים ביולוגיים, או חומרים ביולוגיים, או חומרים ביולוגיים, או חומרים ביולוגיים, כלומר, או חומרים ביולוגיים, כגון: "מסוגיים, אשר משפיעים על ידי שימוש במיקרואורגניזמים) או חיידקים ביולוגיים, כגון: "מיקרוביאו מיקרוביאו מיקרוביאו מיקרוביקטפטריהביולוגיים, כמו גם על ידי שימוש במיקרוביאו מיקרוביאו חיידקים ביולוגיים, כמו גם על ידי שימוש במיקרוביסטיקנים," (cybiacteria, כמו גם על ידי

בזבזנות ושיקום תזונתי

(הפסולה המוצקה, פיסות מזון, ופסולת אורגנית אחרת לא יכולה פשוט להיזרק בחלל.שיטות מסורתיות כמו אינסטינקטציה הן אנרגיה-אינסטינקטיות לייצר תוצרי לוואי רעילים. ... הנדסה ביוכימית מציעה עיכול אירובית ודבקות בחיידקים תרמופילאריים שנבחרו במיוחד אשר שוברים פסולת תוך גרימת פלסוגנים.

ייצור מזון

כיום, ה- ISS מסתמך על מזון ארוז מראש.עבור משימות ארוכות, תוצרת טריה חיונית לתזונה ורווחה פסיכולוגית. מערכות הידרופוניות ואירופוניות נבדקו, אך הם דורשים כמויות גדולות של פתרון תזונתי שהועבר מכדור הארץ.מערכת תמיכה ביולוגית רגנרטיבית יכולה לייצר חומרים מזינים אלה על גבי מיקרוביליטריזציה של פסולת, צמחים:0sle-FLTsle-Fird חלבון מתורבתים מחלבון מ-Frichic, לדוגמה, 000, 000, או חלבון עשירית, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חלבון מ-FLT2, 000 יעיל של חלבון מ-FLT2, 000 יכול להיות חלבון עשירית, 000 יעיל של חלבון מ-FLT2, 000 000 יעיל של חלבון מ-FLTLycerco).

מערכות נוכחיות בתחנת החלל הבינלאומית: מה עובד ומה לא

ISS מספקת כיום מעבדה חיה לבדיקת טכנולוגיות תמיכה בחיים.מערכת בקרת הסביבה שלה ו- Life Support System (ECLSS) כוללת כיום את מערכת המים של שחזור מים (WRS) ואת מערכת החמצן (OGS) הן בעיקר מערכות פיזיות-כימיות - הזיקוקציה, המודעות, אלקטרוליטיזה - עם רק רכיבים ביולוגיים מוגבלים.

אחד הניסויים הביולוגיים הבולטים הוא מערכת הצמיחה של הצמח "Veggie", שהשתמשה ב LEDs ובמסת מים מונעים על ידי capillary כדי לגדול Lettuce, רדיוש ופלפלים.יבולים אלה סיפקו מזון טרי והטבות פסיכולוגיות, אך הם התבססו על פתרונות תזונתיים שנשלחו מכדור הארץ.עוד ניסוי, "מערכת תמיכה במים פסיכואקטיביים" (LiLT-Frosicial) של מערכת הגנה על מתקן חשמלי גבוה יותר, אך ורקמות, הוא פרויקט תמיכה בחשמל (Lironicialericial) המבוסס על מתקן חשמלי, 4, אשר כורים, 4, 4, ה-Frutic PowerFrutic Powerdic Lighteric Power for a RUSFross: ARM, 4, 4, 4, מערכת הגנה על מערכת הגנה על מערכת הגנה על מערכת הגנה על מתקן חשמלי, מערכת חשמלFrostological Support System for a RUSFrosicialic Power for aRMicial photoapicialicialericialericialericial, מערכת הפעלה: LRVERR.

מגבלות מפתח של טכנולוגיות נוכחיות כוללות ביקוש באנרגיה גבוהה, יעילות מחזור מוגבלת (~85% למים, אפס עבור חומרים מזינים), והסתמכות על ניתוק יישומים כמו מסננים ומלחים מזינים. יתר על כן, מיקרו-גרביטי מסבך את הטיפול הנוזלי - הפרדהphase הם מאתגרים, ומשקעים נעדרים, המשפיעים על היווצרות ביולוגיה ועל העברת המונים במערכות ביולוגיות עתידיות.

חיתוך-Edge Innovations: Synthetic Biology ומהנדס מיקרובאס

אולי הגבול המרגש ביותר בתחום חיי החלל הביוכימיים הוא היישום של ביולוגיה סינתטית.על ידי חידוש הקוד הגנטי של המיקרואורגניזמים, החוקרים יכולים ליצור מסלולים מטבוליים מותאם אישית שהופכים פסולת למוצרים ספציפיים עם יעילות גבוהה.

מיקרואורגניזמים מהונדסים גנטית לשיקום משאבים

לדוגמה, צוות באוניברסיטת קולורדו בודר הנדסה את הפסולת הפלסטית (FLT:0) , colicioFLT:1 כדי לפרק פוליאתילן terephthalate (PET) - פחמן באריזה מזון - ברמות מונומר שניתן להשתמש בו מחדש במיקרו-כבידה יציבה, חיידקים מהונדסים כאלה יכולים להחזיר פסולת פלסטיק לתוך אריזה חדשה אוילה עבור 3D2D2acti, אשר ניתן לשגשג באופן ישיר על ידי קרינת מיקרו-F2vic.

עיצוב ביולוגי למיקרוגרפי

ביולוגיים מעוררים אגורה טנק מסתמכים על הכבידה כדי ליישב תאים ולהימנע מ- Shear. במיקרו-גרביטציה, עיצובים חלופיים כגון כלי קיר מסתובבים (RWV) או מלמברן-איימפואר (MABR) נבדקים גם הם , כלומר, 0membrane biofilm RepLT:1), משתמשים בסיבים חלולים כדי לטבול חומרים מזינים ישירות ומזינים ישירות כדי לנפח את תאי חשמל כגון:0Bulating.

מערכות היברידיות משולבות-ביולוגיה

שום תהליך ביוכימי יחיד יכול לעשות הכל.העתיד שוכן ב-FLT:0 למערכות משובצות FLT:1 המשלב תהליכים מיקרוביאליים מרובים עם שלבים מלוטשים פיזיים-כימיקליים למשל, מסטיק אנירובי מייצר ביוגז (methane ו CO2) מפסולת אורגנית; המתאן יכול בסופו של דבר להיות מוטבע עבור אנרגיה או ניזונים כדי לייצר חלבון; CO2 יכול להיות מוקרן כדי למנוע חנק חמצן לאחור;

אתר: ESA MELiSSA Pilot Plant

פרויקט MELiSSA הוא הניסיון המתקדם ביותר במערכת תמיכה לחיים ביולוגיים סגורה. צמח הטייס מבוסס הקרקע באוניברסיטת ברצלונה הוכיח בהצלחה את הסגר של מים וחמצן במשך חודשים, באמצעות עכברים כדי לדמות צוות.המערכת כוללת מפעל ליקופציה תרמופילית, פרויקט הנדסת סימולמציה הנדסת חשמל, ו כור ספירה ירחית.

אתגרים ייחודיים לחלל: מיקרוגרפי, קרינה, ו- Containment

הטמעת מערכות ביוכימיות בחלל מציגה אתגרים שאינם קיימים על פני כדור הארץ.מיקרוגרפי משפיע עמוקות על דינמיקת הנוזלים - בורות אינן עולות, נוזלים אינם מתיישבים, ו diffusion הופך למנגנון התערובת העיקרי של 3: זה יכול להוביל למלכודת CO2ping בפוטוורטטים, אורגניזמים מרעבים של חילופי גזים.

המאפיין הוא גם חשוב. אורגניזם מהונדס גנטית המפלט לתוך בית הגידול יכול לסווג את המים או המזון של הצוות.לכן, כל המערכות הביולוגיות חייבות לכלול מספר רב של בטיחות: מחסומים פיזיים (למשל, מסננים של קרום), מתגי הרג ביולוגיים (כמו מערכות טוקסין-אנטיטוקסין המונעות בריחה), וחידושים של ההנחיות של הסוכנות להגנת הסביבה לשימוש ב-GM, תוך כדי לשמש נקודת מפנה למיקרובים, כפי שתוכננה כממוקדי-כדור הארץ.

דרישות אנרגיה וניהול ארסמל

תהליכים ביוכימיים הם לעתים קרובות איטיים יותר מאשר מערכות כימיות, אבל הם עשויים לדרוש פחות אנרגיה.עם זאת, ביולוגיים חייבים לשמור על הטמפרטורות אופטימליות - באופן זמני 20-40 מעלות צלזיוס עבור אורגניזמים מיסופניים.בקור של חלל עמוק או יום חם של הירח, ניהול תרמי הופך קריטי לשינוי בשלב, משאבות חום, ו בידוד יכול לעזור לשמור על תנאים יציבים, פוטוסינתזה דורש אור מלאכותי (אוקס) אבל יש צורך לוחות סולאריים בשפע).

מהחלל לכדור הארץ: ספין- offs

(ההשקעה בחיים הביוכימיים תניב באופן בלתי נמנע חידושים שייהנו מכדור הארץ.סגורה של מחזור מים ופסולת חלים ישירות על קהילות מרוחקות, הקלה באסון, וחקלאות בת קיימא.ביולוגיים המיועדים למיקרו-כבידה יכולים להיות מותאמים לשימוש במושגים עירוניים אפס-וואסטר (N) מ-SoLT2Fert-Fercivers) ייצור חלבון ממתאן או CO2 יכול לעזור להאכיל אוכלוסייה גלובלית הולכת וגדלהנמוכה נמוכה יותר ויותר מחקלאות מסורתית כמו מימן (DVervFervate) ו-Ferved) מ-FervatemultiFervedervate (D2Fervateervates: 4FervatemultiFervatemultiFervate) מ-Fervate (D) מ-Fervated) מ-Fertertertervated) מ-Fervated) מ-Fervate (D.

שיקולים רגולטוריים ובטיחות עבור Space Biotech

בעוד אנו נעים לפרוס אורגניזמים מהונדסים גנטית בחלליות מאוישות, מסגרות רגולטוריות חייבות להתפתח.האו"ם מתייחסות למרחב החיצון לא מתייחסות במפורש לזיהום ביולוגי או להנדסת חשמל גנטית.עם זאת, פרוטוקולים להגנה על כוכבי הלכת (שהוישמעים על ידי COSPAR) במטרה למנוע זיהום קדימה של עולמות אחרים על ידי כדור הארץ.אם דליפות ביולוגיות לתוך בית גידול, זה יכול לגרום לפשרות מדעית עבור כל נתיבים נמוכים יותר, ולכן לא צריך להיות ממוקדים, ולכן, או למנוע טיפול תרופתיים, או שיטות אבטחה נמוכות יותר.

מפת הדרכים לעשור הבא

[כמה אבני דרך באופק] באמצע שנות ה-20, משימות ארטמיס של נאס"א ישובו בני אדם אל פני הירח, ומספקות הזדמנות לבחון ביולוגיים בסביבה חלקית של כוח הכבידה, השער המתוכנן יארח ניסויים על מחזור פסולת ביולוגית עד 2030, ESA שואפת לטוס מערכת דמוית מאדים ל- ISS.

מסקנה: עתיד סימביוטי בין ביולוגיה לחלל

הנדסה ביוכימית היא לא רק טכנולוגיה עזר עבור נסיעות חלל - זה הופך לחלק בלתי נפרד של אדריכלות המשימה.היכולת לגדל מזון, מחזור אוויר ומים, ואפילו לייצר תרופות וחומרים באמצעות אורגניזמים חיים יקבע את הכדאיות ואת העלות של משימות ארוכות-התאורה.התקדמות בביולוגיה סינתטית, עיצוב ביולוגי ומערכות הם מאיץ במהירות את האתגרים האמיתיים - אבל הם מרגישים השפעה מכנית של מערכות חיים, אבל הם מרגישים יותר מאשר תמיכה בתחום הביולוגית, כמו גם בעתיד, כמו גם תמיכה למערכות ביולוגיות, כמו גם למערכות ביולוגיות, הן, הן, הן, הן יכולות להיות מסוגלות, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, כמו גם תמיכה בתחום התרבות הביולוגית, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, והן מערכות פיתוח מערכות פיתוח מערכות ביולוגיות, והן למערכות ביולוגיות, והן מערכות פיתוח מערכות פיתוח מערכות פיתוח מערכות למערכות ביולוגיות, והן למערכות ביולוגיות, הן, הן, הן, הן, הן, הן יכולות להיות יעילות יותר, והן מערכות למערכות ביולוגיות, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, והן למערכות ביולוגי

(ב) ראו את פרויקט ה-MLT:1 ESA MELiSSA:2 ו- נאס"א Advanced Life Support Research.