[Artigo] Hidroponia Espacial: Quais são os Obstáculos Para o Crescimento da Planta em Configurações de Gravidade Zero?

Prezados leitores e leitoras do BS!
 
Saudações, entusiastas do espaço! Hoje, trago para vocês um artigo fascinante sobre Hidroponia Espacial, publicado no dia de hoje (18/03) no portal WIKIFARMER, escrito que foi pelo jovem Davi Souza, um especialista em estufas e pesquisador nas áreas de AgTech e Space Farming. Davi, que já participou de uma de nossas lives anteriores, compartilha seu vasto conhecimento e experiência, oferecendo uma perspectiva única sobre este tema inovador.
 
Hidroponia Espacial: Quais são os Obstáculos Para o Crescimento da Planta em Configurações de Gravidade Zero?
 
Por Davi Souza*
 
Créditos da imagem da capa: NASA

A hidroponia, um sistema de cultivo sem solo onde as plantas recebem água e nutrientes diretamente em suas raízes, surge como uma técnica promissora e extensivamente estudada para a agricultura espacial.
 
As câmaras atuais de crescimento da planta a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) estão equipadas com luzes artificiais e sistemas hidropônicos, onde a água é entregue às raízes com movimento forçado. Sistemas como o VEGGIE e o Advanced Plant Habitat (APH), e outros que vamos discutir neste artigo, usar diferentes métodos de entrega de água e nutrientes, de tapetes capilares e tubos porosos a sistemas de irrigação aeroponia. Essas técnicas foram usadas com sucesso para cultivar várias espécies de plantas em microgravidade, incluindo flores, cereais, ervas e vegetais, e é bem adequado para sistemas de agricultura ambiental controlada (CEA), como estufas espaciais, onde o espaço e os recursos são limitados. Para demonstrar isso, permita-me apresentar o Veggie.
 
* Sistema de Produção Vegetal (Veggie)
 
Fonte: https://www.nasa.gov/stem-content/lesson-1-identifying-critério-and-constraints/ (esquerda), d x.doi.org/10.2478/gsr-2017-0002 (meio) e doi.org/10.1016/jplaphy.2022.12.017 (direita)

Veggie é um sistema simples e de baixo consumo de energia usado para cultivar alimentos frescos e nutritivos para os astronautas, apoiando o relaxamento e a recreação dos astronautas. É um jardim espacial de 0,16 m2 para culturas que permitiram que a primeira salada cultivada em espaço fosse consumida no espaço em 2016. No entanto, este sistema funciona com LEDs vermelhos, azuis e verdes, ventiladores e eletrônicos de controle que foram responsáveis pela pesquisa fundamental sobre a aplicação dessas tecnologias CEA, especialmente aquelas que são aplicadas em sistemas agrícolas terrestres modernos, como estufas de alta tecnologia e fazendas verticais. Uma das maiores inovações relacionadas ao espaço da Veggie é o seu sistema de irrigação contido: travesseiros cheios de um meio de crescimento à base de argila e um sistema de pavio para entrega de fertilizantes foram usados para distribuir água, nutrientes e ar ao redor das raízes.
 
Apesar de suas muitas vantagens, os sistemas de irrigação independentes da gravidade, como o da Veggie, ainda exigem mais melhorias para superar vários desafios antes que possam se tornar totalmente confiáveis para alimentar futuras civilizações espaciais. A ausência ou redução da gravidade altera o comportamento de líquidos e gases, tornando problemática a distribuição uniforme da água e o controle de umidade na zona radicular. Além disso, esses sistemas geralmente exigem sistemas ativos para a entrega de nutrientes, como bombas e tubos. Por fim, o projeto de sistemas hidropônicos para o espaço deve considerar a gestão da água e do ar na zona da raiz, demonstrando a entrega e remoção de água, incluindo a integração adequada com o sistema de suporte de vida da nave espacial.
 
* Habitat de Planta Avançada (APH)
 
Fonte: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00673

Outro sistema de agricultura espacial em curso a bordo da ISS é o APH. Este é um sistema de suporte de vida de plantas de circuito fechado totalmente fechado com uma câmara de crescimento ambientalmente controlada projetada para realizar pesquisas de plantas fundamentais e aplicadas durante experimentos que se estendem por 135 dias. O sistema de controle ambiental da APH contém +180 sensores, monitoramento em tempo real e operação remota para experimentos de fisiologia de plantas. Como o Dr. Monje e seus colaboradores disseram: “A instalação da APH é uma plataforma que permite a coleta de dados fisiológicos e ambientais para testar hipóteses específicas sobre pesquisa em ciências das plantas no ambiente de voo espacial. O APH é uma câmara de ambiente controlada (0,2 m2 por 0,4 m de altura) que é teleoperada do solo, permitindo o envolvimento mínimo da tripulação para conduzir a ciência. As operações da tripulação estão limitadas à adição de água aos reservatórios APH, coleta de amostras biológicas, colheita de plantas e realização de manutenção periódica do sistema. O sistema de irrigação APH usa um substrato granular poroso (argillite) como meio de enraizamento. O meio é regado usando uma variedade de tubos cerâmicos porosos, e o teor de umidade é ativamente controlado com pressão ou sucção negativa para fornecer água e O2 ótimas na microgravidade. Além disso, de acordo com ele, a quantidade de meios consumíveis (4 kg por experimento) exigida pela configuração atual da APH torna este sistema de crescimento insustentável para futuras missões de produção de alimentos além da órbita baixa da Terra. Ainda assim, é adequado para a realização de biologia espacial e experimentos de produção de culturas do ciclo de vida. 
 
* Sistema de Teste eXposed Root On-Orbit (XROOTS)
 
Fonte: science.nasa.gov/biological-physical/investigations/xroots/ (left) e hdl.handle.net/2346/94619 (direita)

Paralelamente aos esforços da NASA, a empresa espacial Sierra Space desenvolveu e enviou para a ISS o XROOTS. O experimento de demonstração de tecnologia XROOTS explora a entrega de nutrientes por aeroponia e hidropônica em microgravidade. A Aeroponia é um Sistema de Entrega de Nutrientes (NDS) onde as raízes das plantas são expostas ao ar e recebem água e nutrientes através da névoa. Os tamanhos de gotículas ideais em um sistema aeropônico variam entre 30 a 100 m, e este é o parâmetro crítico responsável por determinar a relação de eficácia de absorção na zona da raiz, bem como os gases que impulsionam o crescimento. Como apresentado no XROOTS Tech Demo no portal da NASA: “Os atuais sistemas de plantas baseadas no espaço são pequenos e usam sistemas de entrega de água e nutrientes baseados em mídia particulados. Esses sistemas não se encaixam bem em um ambiente espacial devido a problemas de massa, contenção, manutenção e saneamento. As técnicas hidropônicas e aeropônicas poderiam fornecer uma alternativa vital para sistemas de instalações de tamanho suficiente para contribuir para a futura exploração espacial. O XROOTS permite a zona de raiz e a observação de culturas através de imagens de vídeo e estática, bem como curtos períodos de observações da tripulação. Estes permitem a avaliação de múltiplas câmaras de crescimento independentes para todo o ciclo de vida da planta. Os resultados poderiam identificar métodos adequados para produzir culturas em maior escala para futuras missões espaciais.
 
* Turismo em Ohalo III
 
Fonte: https://techport.nasa.gov/projects/97036 (left) e linkedin.com/posts/activity-72574978585857857-H_VQ? utm_source?share&utm_medium? member_desktop&rcm?ACoACnEyeoBltFltFkDVxnYC0yN6O0j2PujsLXbh8 (à direita)

Como você vê, as técnicas de hidroponia foram usadas com sucesso para cultivar várias espécies de plantas no espaço, incluindo flores, cereais, ervas e vegetais, e é particularmente adequada para sistemas de agricultura ambiental controlada (CEA), como estufas espaciais, onde o espaço e os recursos são limitados. Por essa razão, um grupo de cientistas e pesquisadores da NASA de universidades americanas estão agora trabalhando no desenvolvimento de OHALO III, o primeiro sistema operacional de produção de culturas e protótipo para o Lunar Gateway e o veículo de trânsito de Marte.
 
De acordo com o TechPort da NASA, o Ohalo III servirá como uma plataforma para desenvolver conceitos avançados de entrega de água e otimização de volume que permitirão futuras operações de produção de culturas em missões de exploração de longa duração. Após essas avaliações, Ohalo III continuará a servir como o primeiro sistema operacional de produção de culturas no espaço, fornecendo informações valiosas sobre a produtividade, confiabilidade e operações associadas ao cultivo como um componente do sistema alimentar de exploração. Nesta capacidade, Ohalo III servirá como um protótipo para o sistema de produção agrícola que acabará por ser implantado no Mars Transit Vehicle e também informará os primeiros sistemas de produção de culturas lunares e superficiais de Marte.
 
Em poucas palavras, a hidroponia permite o uso eficiente dos recursos e melhora o rendimento e a qualidade das culturas. Sua capacidade de dosagem de nutrientes e água pode alcançar mais consistência e rendimentos homogêneos e incrível eficiência e controle operacional. Comparados com sistemas baseados no solo, como regolito lunar ou marciano, os sistemas hidropônicos oferecem vantagens em termos de peso e eficiência de recursos. Por um lado, o regolito pode fornecer maior suporte estrutural como meio de crescimento e tem propriedades físicas únicas que precisariam need to ser consideradas. Por outro lado, soluções de água e nutrientes podem ser facilmente contidas e recicladas quando usamos hidroponia. Além disso, possui uma operação mais versátil, permitindo que os horários de irrigação sejam ajustados juntamente com a qualidade e pH dos nutrientes de acordo com as necessidades específicas de cada planta. Como os investimentos em pesquisa, tecnologia e treinamento aumentam, o potencial da hidroponia para revolucionar a produção de plantas em ambientes agressivos, seja na Terra ou no espaço, torna-se cada vez mais tangível.
 

* Agricultura Espacial 101 (SF101)
 
O curso on-line SF101 é meticulosamente projetado para fornecer uma compreensão fundamental da agricultura espacial, cobrindo os conceitos básicos de plantas em ambientes extraterrestres para sistemas agrícolas avançados. O curso é composto por 14 módulos + 2 estudos de caso dedicados à apresentação de importantes projetos desenvolvidos para pesquisa de agricultura espacial. O SF101 é acessível através do Agritecture Designer no seguinte link: https://design.agritecture.com/premium-courses-public
 
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* Especialista em Estufa, pesquisador em AgTech e Space Farming
 
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