Aplicações microbianas para exploração espacial sustentável além da órbita baixa da Terra

npj Microgravidade volume 9, Número do artigo: 47 (2023) Citar este artigo

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Com a construção da Estação Espacial Internacional, os humanos vivem e trabalham continuamente no espaço há 22 anos. Estudos microbianos no espaço e em outros ambientes extremos da Terra mostraram a capacidade de bactérias e fungos de se adaptarem e mudarem em comparação com condições “normais”. Algumas destas mudanças, como a formação de biofilme, podem afetar negativamente a saúde dos astronautas e a integridade das naves espaciais, enquanto outras, como a propensão para a degradação do plástico, podem promover a autossuficiência e a sustentabilidade no espaço. Com a próxima era da exploração espacial chegando, que verá missões tripuladas à Lua e a Marte nos próximos 10 anos, incorporar a pesquisa microbiológica no planejamento, na tomada de decisões e no projeto da missão será fundamental para garantir o sucesso dessas missões de longa duração. missões. Estes podem incluir estudos do microbioma de astronautas para proteção contra infecções, disfunções do sistema imunológico e deterioração óssea, ou estudos de utilização de recursos biológicos in situ (bISRU) que incorporam micróbios para atuar como escudos de radiação, criar eletricidade e estabelecer habitats vegetais robustos para alimentos frescos e reciclagem de desperdício. Nesta revisão, serão apresentadas informações sobre o uso benéfico de micróbios em sistemas bioregenerativos de suporte à vida, sua aplicabilidade ao bISRU e sua capacidade de serem geneticamente modificados para aplicações espaciais biotecnológicas. Além disso, discutimos o efeito negativo que os micróbios e as comunidades microbianas podem ter nas viagens espaciais de longa duração e fornecemos estratégias de mitigação para reduzir o seu impacto. Utilizar os benefícios dos micróbios, ao mesmo tempo que compreendemos as suas limitações, ajudar-nos-á a explorar mais profundamente o espaço e a desenvolver habitats humanos sustentáveis ​​na Lua, em Marte e mais além.

A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) prometeu devolver os humanos à Lua nos próximos dois anos e pousar os primeiros humanos em Marte até 2033. A viagem além da órbita baixa da Terra (LEO) expandirá a civilização humana e permitirá futuros assentamentos espaciais. , fornecer conhecimento científico sobre a evolução do nosso planeta e do sistema solar e criar parcerias globais na busca por uma maior exploração espacial1,2. De acordo com o plano Artemis, um sobrevôo lunar tripulado está programado para 2024 (Artemis II), seguido por um pouso lunar em 2025 (Artemis III) – o primeiro desde o fim da era Apollo em 1972, e eventualmente uma presença lunar sustentável pelo final desta década3. Fundamental para o sucesso do programa Artemis será o Gateway, uma plataforma orbital onde os astronautas viverão e realizarão pesquisas, ao mesmo tempo que fornecerá apoio para longas expedições na superfície lunar. O programa Artemis estabelecerá um acampamento base no pólo sul lunar que servirá como trampolim para missões humanas a Marte. A investigação e o desenvolvimento na base lunar funcionarão como protótipos para estas futuras missões a Marte, onde a NASA poderá estabelecer as melhores práticas para a exploração humana a longo prazo nestes ambientes extraterrestres adversos4.

Ao contrário da operação da Estação Espacial Internacional (ISS), que é regularmente reabastecida a partir da Terra poucas horas após o lançamento, as missões no espaço profundo exigirão auto-suficiência e sustentabilidade independentes da Terra. Isto envolverá a utilização de recursos renováveis, a reciclagem de resíduos, a geração de energia e um fornecimento contínuo de alimentos, água e oxigénio durante um período prolongado/indefinido. A lua está a distância mais curta além do LEO, com um ambiente de espaço profundo que oferece oportunidades únicas de pesquisa a serem conduzidas no âmbito do programa Artemis. O orbitador lunar Gateway funcionará de forma semelhante à ISS, utilizando um elemento de energia e propulsão que usará energia solar para impulsionar e alimentar a espaçonave, um posto avançado de habitação e logística que servirá como alojamento e espaço de trabalho de pesquisa, e portos de ancoragem para espaçonaves como como Orion, que será o primeiro deste tipo a transportar astronautas de e para o espaço profundo5,6. A ISS e os satélites em órbita da Terra capitalizam a energia solar como um recurso renovável para energia, no entanto, em postos avançados mais distantes, como Marte, outros factores como a distância do Sol, o ângulo e o clima (ou seja, tempestades de poeira) afectam a eficiência da energia. fornecido pelos painéis solares7. Foi esse o caso da missão Insight da NASA, onde uma recente tempestade de poeira marciana fez acumular poeira nos painéis solares, impedindo que a luz solar adequada os alcançasse, forçando o módulo de aterragem a entrar no “modo de segurança”8 de conservação da bateria. Problemas semelhantes de cobertura de poeira ocorreram durante as missões Apollo devido à poeira lunar eletricamente carregada aderida aos painéis solares do módulo lunar9,10. Cargas de reabastecimento, como aquelas que são frequentemente enviadas para a ISS, são caras e podem não ser viáveis ​​para missões espaciais de longa duração (leva cerca de 7 meses para chegar a Marte). Assim, a auto-sustentabilidade na produção de alimentos e oxigénio em postos extraterrestres, como a Lua e Marte, é crucial11. Além disso, os atrasos na comunicação entre a Terra e Marte podem variar de 5 a 20 minutos dependendo da posição dos planetas12. A falta de missões de reabastecimento de carga e atrasos nas comunicações podem ser prejudiciais para emergências relacionadas com a saúde humana, tornando imperativo que os membros da tripulação sejam autossuficientes na prevenção e tratamento de riscos para a saúde. Portanto, soluções para lidar com recursos limitados e riscos para a saúde humana que possam ser implementadas de forma viável no espaço profundo devem ser estabelecidas antes das missões de exploração Artemis e Marte. Isto poderia ser alcançado através da exploração e engenharia de micróbios importantes para a saúde humana13,14,15,16, a agricultura17, a produção de alimentos18,19,20, o ecossistema21,22,23,24,25 e o ambiente construído26,27. A Figura 1 fornece uma visão geral dos vários papéis que os micróbios podem desempenhar na exploração do espaço profundo.