Har hjulpet romfartsorganisasjon med bygging av drivhus på månen

Nå er svarene på et prosjekt til 1,7 millioner kroner sendt Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA).

Drivhuset står ikke ferdig i dag, men kan være et viktig steg mot å en gang sende mennesker til Mars.

Prosjektet, som er et samarbeid mellom NTNU Samfunnsforskning AS' avdeling for bemannet romfart, CIRiS, og forskere ved SINTEF Community og SINTEF Manufacturing, kan dessuten være svært nyttig for mer bærekraftig matproduksjon her på jorda.

Løsningen forskerne har kommet frem til kan til og med minne om det mange allerede driver med på kjøkkenbenken når de dyrker ulike urter uten jord.

Så hvordan henger dette sammen?

For å klare lengre romreiser må astronautene dyrke mat på tur. Å bidra til at det skal være mulig er en sentral del av CIRiS’ (Senter for tverrfaglig forskning i rommet) kjernevirksomhet.

Målet er nye månereiser og etter hvert utforsking av Mars.

Siste CIRiS-prosjekt på den langsiktige jobben mot nye turer i retning i verdensrommet er prosjektet «farming».

Biologer og teknologer ved NTNU Samfunnsforsknings avdeling for forskning og utvikling på bemannet romfart har de siste to årene hjulpet Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) med et viktig steg på Mars-drømmen: Drivhus for plantedyrking på månen.

– Det er ikke sånn at drivhuset står ferdig på månen i morra, men kanskje kan det gjøre det i 2030, sier seniorforsker Sophie Labonnote-Weber i NTNU Samfunnsforskning og CIRiS.

Labonnote-Weber har vært prosjektleder for farmingprosjektet, hvor hun har hatt med seg kollega og seniorforsker Øyvind Mejdell Jakobsen.

Det har ikke vært mennesker på månen siden de amerikanske astronautene Eugene Cernan og Harrison Schmitt var de foreløpig siste som satte sine ben på overflaten der i desember 1972.

Over 50 år etter vil CIRIS og NTNU Samfunnsforskning bidra til comeback.

I drivhusprosjektet er tanken at astronautene skal bruke regolitt (månestøv), som det allerede finnes mye av på månens overflate, til å bygge drivhus oppe på månen. Et sted helt uten flytende vann, ingen vind, ganske kraftig stråling, enorme temperaturforskjeller mellom dag og natt – og som alle har sett på de få bildene som finnes fra tidligere måneferder: Beskjeden tyngdekraft.

Så hvordan skulle forskerne i CIRiS overbevise ESA om at dette er mulig?

De trengte litt hjelp. Ingeniører og forskere i SINTEF, som kan mye om bygging og stoffers egenskaper, ble kontaktet.

Harald Justnes og Tobias Danner fra SINTEF Community, begge med ekspertise på byggematerialer, slo seg sammen med Johan Fahlstrøm og Olav Åsebø Berg fra SINTEF Manufacturing, som kan mye om automatiserte produksjonsteknikker.

Det finnes regolitt på jorda også. De få astronautene som har vært på månen tok med seg noe regolitt hjem, men de sparsomme mengdene de fikk med seg gjør den «ekte» regolitten lite tilgjengelig.

For å kunne forske og eksperimentere videre med materialet, har forskere tidligere klart å lage en erstatning, et simulert materiale, som ligner veldig på regolitt.

I utgangspunktet tenkte forskerne ved SINTEF å bruke 3D-utskrift av betong laget av denne erstatningen. Men etter å ha vurdert materialets egenskaper og forholdene på månen, fant de ut at dette ikke var den beste løsningen.

I stedet kom de opp med et nytt konsept basert på produksjonsteknologien for ekspanderte leirekuler. Dette konseptet krever bare en liten mengde av en karbonkilde fra jorda. Og hva er denne karbonkilden? Jo, sukker, av alle ting.

Regolitten på månen inneholder en del jernoksid. Hvis astronautene tilsetter en liten mengde karbon, altså sukker, og deretter varmer det opp til omtrent 1200 grader celsius, kan de få materialet til å ekspandere, eller bli større.

På månen kan denne temperaturen oppnås ved hjelp av konsentrert sollys eller elektriske ovner med batteri ladet av solceller.

SINTEF-forskerne har lykkes med å vise dette og kalte produktet de fikk laget LER (lettvektsekspandert regolitt).

Ideen bak er å utvinne regolitt og deretter lage blokker som kan stables oppå hverandre for å danne en slags kuppelformet struktur, ikke ulikt hvordan vi stabler mursteiner her på jorda.

Så langt alt vel. Selve drivhuset kan bygges, men der inne må det foregå ganske avansert planteproduksjon.

Og det er her CIRiS-ekspertisen virkelig kommer til sin rett.

Hvordan skal astronautene klare å dyrke planter inne i disse drivhusene, på et sted med verken jord eller vann?

Heldigvis har forskere funnet ut at det finnes is på polene på månen som kan brukes både som drikkevann og til plantedyrking. Byggingen av drivhuset må derfor skje på en av månens poler.

Og etter å ha bygd drivhuset må astronautene også lage egnede kasser. Og de må være vanntette.

– Det er ikke voldsomme mengder svovel på månen, men hvis astronautene klarer å utvinne det, vil det være nok til å lage vanntette vekstkasser. Svovel smelter på lav temperatur (120 grader celsius) og det kan påføres LER-produktet i flytende form før det stivner og danner et vanntett belegg, forklarer SINTEF-forskerne Justnes og Danner.

Ved hjelp av SINTEFs forarbeid og de konkrete materialprøvene av denne lettvektsekspanderte regolitten (LER), kunne CIRiS-forskerne Sophie Labonnote-Weber og Øyvind Mejdell Jakobsen fortsette eksperimenteringen på laboratoriet på Dragvoll.

I egnede kasser benyttet de seg av en type hydroponisk dyrking ikke ulikt det mange nå driver med på kjøkkenbenken når de forsøker å få ulike urter til å vokse seg store.

Hydroponisk dyrking er plantedyrking uten jord. Vil du forsøke selv, finnes det egnede kasser å få kjøpt til noen hundrelapper.

– Vi dyrket en type salat som ble utsatt for denne lettvektsekspanderte regolitten for å se om det ville påvirke salatens vekstmuligheter, forteller Sophie Labonnote-Weber.

CIRiS-forskerne har vurdert funksjonalitet, holdbarhet og hvor enkelt de små materialprøvene kan overføres til en fullskalamodell på månen.

I rapporten som nå er sendt ESA, har forskerne også vurdert hvor bra det vil være å spise kun selvdyrkete planter over tid.

Svaret er at det lar seg forsvare.

Prosjektet gikk over to år, i 2022 og 2023.

Ambisjonen til CIRiS er klokkeklar.

De vil at forskningen på bemannet romfart ikke bare skal bidra til nye romreiser, både til månen og Mars, men at den også skal være en pådriver for innovasjon her på jorda. Spesielt når det gjelder bærekraft.

– Vi blir flere og flere mennesker på jorda, og må spise mer plantebasert mat. Den må vi produsere selv. Å vite hvordan vi dyrker planter mest effektivt vil være nyttig kunnskap fremover. Det vi har gjort her er lett å overføre til livet på jorda, Sophie Labonnote-Weber.

Men hva så med å sende mennesker til Mars da? Er det i det hele tatt mulig?

Å ja da. Det er mulig, mener forskerne både ved CIRiS og SINTEF.

Foto av jordoppgang tatt fra månen: Unsplash