Biyokimya Mühendisliği: Kendi Suslan Uzay Habitatlarının Köşesi

Uzay ajansları ve özel işletmeler, geniş bir Ay'da yerlerini belirlediler, Mars misyonlarını ve hatta dünya çapında canlı insanları korumak için mücadele etmek asla daha acil olmadı. Geleneksel olarak yeniden üretim yapan sistemler, güvenilir bir şekilde her türlü su molekülünü geri dönüştürmek zorunda kalıyor, nefes alan keşif alanını kullanarak, mikro yaşam alanını kullanarak, organik enerjiyi, enzimleri ve mühendisimizi tamamen kendi kendine dönüştürmek için çalışıyor.

Yüksek enerji tüketen fiziksel veya kimyasal yaşam destek yöntemlerinden farklı olarak ve uygulanabilir filtrelere ve kartuşlara güvenir, biyokimyasal yaklaşımlar, rejeneratif, düşük maliyetli çözümler sunar. Örneğin, mikrobiyal reaktörler, organik atıkları meyva (proksiyon veya enerji için), (örneğin, konfeksiyon veya enerji için), ve hatta tek hücreli proteinler için.

Uzay Yaşam Desteği için Temel Biyokimyasal Süreçler

Geleceği anlamak için, temel biyokimyasal süreçleri uzay için adapte edilmiş hale getirmeye yardımcı olur. Bu süreçler doğal mikrobiyal metabolizma, enzymatik reaksiyonlar ve sentetik biyolojinin atık akışlarını kaynaklara dönüştürmek için.

Oksijen Nesil ve Karbon Dioksit Azoksit Azalt

Uzayda, oksijen bugün öncelikle su elektrolizleri tarafından üretilir - H2O'yu oksijen ve hidrojene geri almak için temizler. Ancak bu işlem, iç veya hijyen için başka türlü kullanılabilir olan yüksek enerji gerektirir. Biokimyasal alternatifler, fotosental mikropların (sianobacteria, algler) veya CO2'yi yakalamak veya oksijeni oksijeni elde etmek için mikropüresel olarak diğer bir hidrojeni kullanarak test edilir.

Atık Degradasyon ve Nutrient Recovery

İnsan katı atık, gıda kazıları ve diğer organik çöp sadece uzayda boşaltılamaz. İndükrasyon gibi geleneksel yöntemler enerji yoğundur ve hidroponik ürünler için toksik ürünler üretir. Araştırmacılar ayrıca özel olarak seçilmiş termophilic bakterilerle kompostlar (Dörtücüler) bulunurlar.

Gıda Üretimi

Şu anda ISS, önceden belirlenmiş yiyeceklere dayanıyor. Uzun görevler için taze ürün beslenme ve psikolojik refah için gereklidir. Hidroponik ve aeroponik sistemler test edildi, ancak Dünya'dan taşınan büyük miktarda besin çözümü gerektirir. Örneğin, kaliteli bir biyokimyasal yaşam desteği sistemi bu besinleri mikrobiyolojik kapaklar aracılığıyla üretecektir.[T:0) Bitkileri beslemek için zenginleştirici bir protein kaynağında yetiştirilebilir.

Uluslararası Uzay İstasyonunda Mevcut Sistemler: Ne Çalışır ve Ne Yok

ISS, yaşam destek teknolojileri için canlı bir laboratuvar sağlar. Çevre Kontrol ve Yaşam Destek Sistemi (ECLSS) şu anda Su Kurtarma Sistemi (WRS) ve Oksijen Nesil Sistemi (OGS) içerir ve büyük ölçüde fiziksel-kimyasal sistemler - yeni, adsorpsiyon, elektroliz - sadece sınırlı biyolojik bileşenlerden daha fazla tasarruf etmeyi amaçlar.

Önemli bir biyolojik deney, Dünya'dan gönderilen besin çözümlerine dayanıyor, bu da LED'leri ve kapillary-yeterli sular yetiştirmek için kullanılan, ve biberler. Bu ürünler, dört biyolojik bölmeye dayanan bir sistemdir: Bir termophilic anaerobik reaktör, bir "Mikro-ekolojik Yaşam Desteği sistemi Alternatif" (MELiSSA) projesi, kapalı bir hava sahasında (parçalı) bir ilaçtır.

Mevcut teknolojilerin temel sınırları yüksek enerji talebi, sınırlı geri dönüşüm verimliliği (~85% su için sıfır, besin için sıfır), ve daha yüksek orandaki filtre ve besin tuzu gibi reeleed eksilemelere güvenmeye yardımcı olur.

Kesme-Edge Innovations: Sentetik Biyoloji ve Mühendisli Mikrobes

Belki de biyokimyasal uzay yaşam desteğindeki en heyecan verici sınır sentetik biyolojinin uygulanmasıdır. Mikroorganik mikroorganizmaların genetik kodunu yeniden programlayarak, araştırmacılar yüksek verimlilikle atıkları özel olarak dönüştürebilecek özel metabolik yollar yaratabilirler. Aşağıda aktif gelişim alanları vardır.

Genetik olarak, Kaynak Kurtarma için Mikroorganizmaları Değiştirdi

Örneğin, Colorado Boulder Üniversitesi'nde bir ekip yeniden inşa edilebilir. 0:0)E. coli), polietilen terephalate (PET) plastik atık - gıda ambalajında - susamış monomerler, bu tür bir alanda, bu tür bir mühendis bakteriler 3D baskı için plastik atıkları geri döndürebilir. Diğer projeler, mikrobiyojenlere odaklanırken mikrobiyolojik olarak yüksek radyasyon seviyelerinin arttırılması için genetik olarak kullanılabilir.

Mikrogravity için Biyoreactor Design

Konvansiyonel kompanik biyoreactors, hücreleri yerleşmek ve oar'dan kaçınmak için yerçekimine güveniyor. Mikrogravity, dönen duvar gemileri (RWV) veya membran destekli biyofilm reaktörleri (MABR) test ediliyor.Theure biofilm reaktörü [Dönetici:0))) nüks eden fiberleri doğrudan mikrobiyolojik olarak bölmek için boş fiberleri kullanıyor ve yüksek yoğunlukta hareket ettiriyor.

Tüm Biyolojik-Fiziksel Hibrit Sistemleri

Tek biyokimyasal süreç her şeyi yapamaz. Gelecekte organik atıklardan biyogaz (methane ve CO2) bulunur; metafoksit sistemler için siyonel sistemler[Dönetici) ile bir araya gelen, oksijen üretimi için birden fazla mikrop işlemine yol açabilir; sıvı effluent, biyolojik atıkların tüm susamı geri dönüştürmek için bir nispiyeter oluşturabilir;

Vaka Çalışması: ESA MELiSSA Pilot Plant

MELiSSA projesi, kapalı bir biyolojik yaşam desteği sisteminde en gelişmiş girişimdir. Barcelona Üniversitesi'nde bulunan pilot bitki, su ve oksijen döngülerinin aylarca kapatılmasını sağlar. Sistem, ISS veya arsa geçiş projesinde termofilik liquefaction reaktörü içerir ve bir casusu, laboratuvarda biyokütle reaktörü nasıl şekillendirilebilir.

Uzaya Benzersiz Zorluklar: Mikrogravity, Radyasyon ve Containment

Uzayda biyokimyasal sistemler, Dünya'da mevcut olmayan zorluklar ortaya koyar. Mikrogravity derin bir şekilde sıvı dinamikleri etkiler - bubbles yükselmiyor, sıvılar yerleşmez ve difüzyon birincil karıştırma mekanizması haline gelir.[Döneticiler, CO2 tuzaklar, gaz değişiminin açlıktan kaynaklanan yaralanmalara yol açabilirler.) Araştırmacılar, mikrofluidik ve sentleri etkileyebilirler, aksi takdirde ağır enerjileri etkileyebilirler.

Containment ayrıca parasaldır.Evredeki kaçışlar genetik olarak değiştirilmiş bir organizma, mürettebatın suyu veya yiyeceklerini kirletebilir. Bu nedenle, tüm biyolojik sistemler birden fazla güvenli olmalıdır: fiziksel engeller (örneğin, membran filtreleri), biyolojik öldürme anahtarları (örneğin, tok-antitoksitoksitoksitoksitoksitoksitoksik sistemler gibi), ve redcieties.

Enerji Gereksinimleri ve Termal Yönetim

Biyokimyasal süreçler genellikle kimyasal sistemlerden daha yavaştır, ancak daha az enerji gerektirir. ancak biyoreactors, optimal sıcaklıklarda tutulmalıdır - entrik olarak 20-40C'ı benim için koruyucu organizmalar için. Ay'ın soğuk kısmında, termal yönetim kritik hale gelir.

Uzaydan Dünyaya: Terrestrial Spin-offs

Biyokimyasal uzay yaşam desteğindeki yatırım kaçınılmaz olarak Dünya'ya fayda sağlayan yenilikler verecektir. Kapalı-loop su geri dönüşümü ve atıklar doğrudan uzak topluluklara, felaket rahatlamaya ve sürdürülebilir tarıma uygulanabilir. Bioreactors mikrogravity için tasarlanmışlardır (fosta veya CO2'den elde edilen üretim için uygun olarak) ve daha düşük araziye sahip küresel bir popülasyonu beslemek için yardımcı olabilir.

Uzay Biyoteknolojisi ve Güvenlik Tahminleri

Genetik olarak değiştirilmiş organizmaları mürettebatlı uzay aracıyla dağıtmaya devam ettikçe, düzenleyici çerçeveler evrimmelidir. Birleşmiş Milletler dış alanda yapılan çalışmalar, Mars’ta biyolojik kirlenme veya genetik mühendisliği açıkça ele almamaktadır. Ancak, Dünya yörüngesinin ötesinde dağıtılan herhangi bir biyosistem, zararlı patojenlerin veya toksinlerin üretilmesini engellemek için başka dünyaların daha da gereklidir.

Sonraki Decadedee için Roadmap

Ay yüzeyinde, planlı Ay Kapısı, biyolojik atık geri dönüşümleri konusunda deneylere ev sahipliği yapacak.ESA, ISS'ye benzeyen bir sistem sunmak için insanları geri döndürecek, kısmi bir yerçekimi ortamında biyoreactors test etme fırsatı sağlayacaktır. *Sabah Kapısı, biyolojik atık geri dönüşümleri konusunda deneylere ev sahipliği yapacak.[Dönemli:2) ESA, Mars'tan gelen biyolojik bir yaşam desteğin tamamını yeniden tasarlanmasına olanak sağlayacak.

Sonuç: Biyoloji ve Uzay Sanatları Arasında Bir Symbiyotik Geleceği

Biyokimya mühendisliği sadece uzay yolculuğu için yardımcı bir teknoloji değildir - görev mimarisinin ayrılmaz bir parçası haline gelir. Gıda, hava ve su büyüme yeteneği ve hatta canlı organizmalar kullanarak ilaç ve malzemeler üretecektir.Gerçekten, uzun vadeli misyonların maliyeti ve maliyeti, sentetik biyoloji, biyoreaktör tasarımı ve sistemler entegrasyon hızla hızlanır.

[0]Daha fazla okuma için, [FONTA MELiSSA projesi sayfası[[Dönem:2) ve NASA Advanced Life Support Research serisini ).