آیا سفرهای فضایی می‌توانند سیاره‌ی زمین را نجات دهند؟

از طرفی پتانسیل سفرهای فضایی برای افراد ثروتمند بسیار فراتر از فرار از زمین است. صرف‌نظر از فضاپیماهای امروز که در مدار زمین قرار دارند یا ایستگاه‌هایی که بالاخره روزی در ماه و مریخ ساخته خواهند شد، برای خروج از زمین در ابتدا باید کل پیش‌نیازهای ضروری حیات فرازمینی فراهم شود. برای تولید آب، هوا و غذای تجدید‌پذیر در سفرهای فضایی فعلی و آینده نیاز به فناوری‌هایی است که به بازیافت همه‌چیز بپردازند.

بدیهی است که انسان عامل اصلی به خطرافتادن کره‌ی زمین است و باید چاره‌ای برای آن بیندیشد. به‌گفته‌ی کیت مارول، دانشمند اقلیم‌شناس دانشگاه کلمبیا و ناسا: «تقریبا از تمام ابزار لازم برای حیات پایدار برخوردار هستیم؛ اما تنها دلیل شکست در حل مشکل تغییرات اقلیمی علاقه‌ی ما به فضا نیست» با اینکه سفرهای فضایی به‌تنهایی نمی‌توانند راه‌حل نجات‌بخش زمین باشند، اما نجات زمین تنها به‌معنی ترک آن نیست.

فضانوردها برای زنده ماندن در فضا نیاز به نوآوری‌های فناورانه دارند؛ اما راهکارهای گذشته معمولا برای سفرهای موقتی برنامه‌ریزی شده بودند: برای مثال مأموریت‌های سرنشین‌دار آپولو به ماه حداکثر ۱۲ روز طول کشید؛ اما تغییراتی در راه است: هدف ترامپ،‌ فرستادن انسان به ماه تا سال ۲۰۲۴ است. لوک روبرسون، پژوهشگر ارشد پرواز در مرکز فضایی کندی ناسا می‌گوید این سازمان به‌دنبال ساخت معماری پایداری روی سطح ماه تا اوایل سال ۲۰۲۸ است؛ درنتیجه فناوری موردنیاز برای فراهم کردن منابع قابل بازسازی و طولانی‌مدت غذا، آب‌وهوا ضروری است.

برخی فناوری‌ها در فضا دوام نمی‌آورند. از طرفی سازمان‌های تجاری زمین می‌توانند از نوآوری‌ها و اختراعات سازمان‌های فضایی استفاده کنند. این نوآوری‌ها شامل پروژه‌های متمرکز بر بوم‌شناسی مانند تولید نفت پایدار و استفاده از ترکیب‌های رنگی LED یا «دستورالعمل‌های نوری» برای انواع روش‌های پرورش محصولات کشاورزی است.

ناسا با شرکت فلوریکان (Florikan) هم کار کرده است؛ این شرکت موفق به تولید نوعی کود با پوشش پلیمری شده است که امکان انتشار کند و کنترل‌شده‌ی مواد مغذی را می‌دهد. این سیستم برای کاهش سرعت نفوذ کود به داخل محیط طراحی شده است زیرا نفوذ سریع کود به محیط می‌تواند به بحران زیست‌محیطی منجر شود. به‌گفته‌ی ماسا با این کود می‌توان پرورش گیاه در فضا را بهبود داد. چنین محصولاتی برای مصرف مستمر در فضا در نظر گرفته شده‌اند اما مالکان گلخانه‌های تجاری روی زمین هم می‌توانند از آن‌ها استفاده کنند.

 دنیل لاکنی که سال‌ها است پیشرفت‌های فناوری ناسا را زیر نظر دارد، معتقد است نوآوری‌های سازگار با محیط ناسا به تلاش‌های این سازمان برای حفظ محیط‌زیست بازمی‌گردند. ساخت تجهیزات فضایی روی زمین به دلیل استفاده از سوخت، رنگ، حلال‌های شیمیایی و مواد سمی که به محیط طبیعی نفوذ می‌کنند، فرایند آلاینده و کثیفی است. به همین دلیل ناسا از آهن امولسیون‌شده (EZVI) استفاده می‌کند که به حلال‌های شیمیایی کلردار در آب‌های زمینی می‌چسبد. از EZVI همچنین می‌توان برای پاک‌سازی سکوهای پرتاب موشکی استفاده کرد. از این ترکیب همچنین می‌توان در تأسیسات تولیدی شیمیایی استفاده کرد که به آلودگی بسیاری از زمین‌ها منجر شده‌اند.

تأمین آب آشامیدنی یکی از اولویت‌های مسافران و پایگاه‌های فضایی است. از طرفی آلودگی آب روی زمین سالانه میلیون‌ها نفر را به کام مرگ می‌کشاند بنابراین از هر راه‌حلی که به حل این مشکل کمک کند، استقبال می‌شود.

لاکنی به سوپاپ تنظیم میکروبی به‌عنوان مثالی یکپارچه از روش حل این مشکل توسط ناسا اشاره می‌کند. این روش که در اصل برای شاتل‌های فضایی توسعه یافته بود، نسخه‌ای پیشرفته از سیستمی است که از ورود میکروب‌های مضر آب آلوده به داخل مخازن آب آشامیدنی در ایستگاه فضایی بین‌المللی جلوگیری می‌کند. مدل‌های دیگری در زمین وجود دارند که به‌خوبی کار می‌کنند و با حداقل انرژی در مناطق آلوده‌ی فاقد دسترسی به برق و همچنین مطب‌های دندانپزشکی آب را تمیز می‌کنند. (آبی که بعد از اجرای عملیات دندانپزشکی در دهان خود می‌چرخانید اغلب با همین سوپاپ برای حداقل سازی ریسک آلودگی دهانی تصفیه می‌شود.)

مانند آب، دستیابی به منبع نامحدود هوا در فضا کار دشواری است. اکسیژن در ایستگاه فضایی بین‌المللی معمولا از آبی استخراج می‌شود که از زمین به آنجا منتقل شده است؛ اما استفاده از چنین فرآیندی برای سفرهای طولانی‌مدت بسیار پرهزینه و بیهوده است. سازمان فضایی اروپا (ESA) از سال ۲۰۱۸ با سیستم حلقه‌ بسته‌ی پیشرفته‌ی خود (Advanced Closed Loop System) در حال تغییر وضعیت موجود است؛ این سیستم کربن دی‌اکسید موجود در اطراف ایستگاه فضایی را حذف می‌کند؛ اکسیژن لازم برای تأمین هوای قابل تنفس را استخراج می‌کند و در عین حال در مصرف آب صرفه‌جویی می‌کند.

با وجود پیش‌نیازهای عملیات متفاوت در مقیاس‌های بزرگ‌تر می‌توان از سیستم جذب کربن برای کمک به حل مشکل تغییرات اقلیمی روی زمین هم استفاده کرد. فناوری توسعه‌یافته برای مدار زمین می‌تواند نویدبخش نوآوری‌های جدید روی زمین باشد.

تلاش برای هدر ندادن هر چیزی، اصل اساسی بسیاری از نوآوری‌های یادشده است. به‌گفته‌ی ماسا در فضا باید با ضایعات به‌عنوان یکی از منابع رفتار کرد نه چیزی که از روی بی‌فکری دور انداخته شود. سیستم‌های حلقه‌بسته هم دقیقا چنین رویکردی دارند: اگر چنین سیستمی بی‌نقص باشد، تمام اجزای آن قابلیت بازیابی دارند و هیچ بخشی از آن اضافه نخواهد بود. برای مثال گلخانه‌های عایق‌ را در نظر بگیرید، در این سیستم‌ها اکوسیستم‌های گیاهی مینیاتوری به مدت‌ ده‌ها سال، بدون نیاز به هیچ‌گونه مداخله‌ی خارجی رشد می‌کنند.

پروژه‌ی MELiSSA (سیستم پشتیبان حیات زیست‌بوم در مقیاس کوچک) تابع ایده‌آل استفاده‌ی حداکثری از ضایعات است. هدف سازمان فضایی اروپا از این پروژه که در قالب واحد آزمایشی در بارسلونا در حال اجرا است، ساخت سیستم پشتیبان حیات حلقه‌ای بسته‌‌ی بیولوژیکی است که قادر به حفاظت از خود است.

هدف این سیستم کاهش ضایعات است و از فرایند فتوسنتز برای پاک‌سازی هوا، تولید اکسیژن و غذا استفاده می‌کند. در این پروژه‌ی آزمایشی از موش‌ها برای بررسی اثربخشی سیستم برای سفرهای طولانی‌مدت فضایی استفاده شده است. موش‌ها از نسل‌های متعددی هستند و تاکنون تلفات آزمایش صفر بوده است. برخی آزمایش‌های مبتنی بر MELiSSA از جمله فتوسنتز اکسیژنی و آزمایش ARTEMISS برای تولید زیست‌توده‌ی خوراکی برای بررسی امکان‌پذیری به ایستگاه فضایی بین‌المللی منتقل شده‌اند.

پروژه‌ی MELiSSA‌ در سال ۱۹۸۹ شروع شد و هدف آن تولید سیستمی برای محافظت از خدمه‌ی انسانی در سفرهای طولانی‌مدت بین سیاره‌ای تا اواسط سال ۲۰۲۰ بود. به‌گفته‌ی کریستوفر لاسیور سرپرست MELiSSA در ESA، عملی شدن پروژه‌های جانبی این وعده را ثابت می‌کنند. برای مثال از فناوری بازیافت ادرار می‌توان در مناطق دورافتاده و بحران‌زده برای تولید آب آشامیدنی به شیوه‌ای مقرون‌به‌صرفه با کمترین تأثیر محیطی استفاده کرد و به این ترتیب نیاز به انتقال آب پاکیزه از مناطق دوردست را رفع کرد.

ایده‌آل‌های بلندپروازانه نیاز به اثبات دارند. تمام ایده‌های نوآورانه به واقعیت تبدیل نمی‌شوند و حتی در صورتی که شکل واقعی به خود بگیرند توسعه و انتقال آن‌ها از فضا به زمین آن‌ هم در مدت‌زمان کوتاه دشوار است. به‌گفته‌ی روبرسون تجاری‌سازی اختراعات خود او به‌صورت میانگین ۷ تا ۱۰ سال زمان می‌برند. در مورد MELiSSA این بازه‌ی زمانی تا ۵۰ سال هم افزایش می‌یابد. به عقیده‌ی لاکنی صبر نوعی فضیلت است او می‌گوید:

صبر منافع زیادی را به‌دنبال دارد. همان‌طور که می‌دانیم آب مرطوب است بدیهی است که سرمایه‌گذاری در مأموریت‌های جدید منجر به اختراعاتی می‌شوند که به سود کل بشریت است.

نوآوری‌های یادشده ثابت می‌کنند که چرا سرمایه‌گذاری در بخش تحقیق و توسعه‌ی اولیه (R&D) ارزشمند است. به‌گفته‌ی مارول: «نکته‌ی جالب در مورد علم این است که نمی‌دانید خروجی آن چیست» هیچ‌کس فکرش را هم نمی‌کرد شبکه‌ی جهانی وب و برخورددهنده‌ی هاردونی بزرگ مسیر یکسانی را طی کرده باشند.

صرف‌نظر از بازه‌های طولانی پروژه‌های مهندسی و غیرقابل پیش‌بینی بودن آن‌ها، سفرهای فضایی امروزه منجر به تولید محصولات و خدمات سازگار با محیط و مفیدی برای مصرف‌کنندگان شده‌اند؛ بنابراین چرا هنوز ناشناخته باقی مانده‌اند؟ چاد آندرسون مدیرعامل گروه سرمایه‌گذاری مشترک Space Angels علت ناشناس ماندن این فناوری را بازاریابی ضعیف می‌داند.

به‌گفته‌ی آندرسون،‌ تحولات فناوری از بخش تحقیق و توسعه‌ی فضایی نه‌تنها در محصولات سازگار با محیط بلکه در حوزه‌های وسیع‌تری مثل حمل‌ونقل، بهداشت و درمان و ارتباطات زمینه‌ساز نوآوری‌های چشمگیری شده است. مشکل اینجا است که سازمان‌های فضایی داستان موفقیت خود را به خوبی برای دیگران توصیف نمی‌کنند. به‌گفته‌ی آندرسون: «برخی شرکت‌های فضایی در مورد توصیف عملکرد خود بد عمل می‌کنند.»

نوآوری‌های زیست‌بومی در صورت بروز هر اتفاقی مفید هستند اما برای نجات کره‌ی زمین صرفا نباید بر راه‌حل‌های فناورانه تمرکز کرد. به‌گفته‌ی مارول زمین همین حالا هم قابل سکونت است و فعلا نباید رویای زندگی در اتاقک‌های کوچک را داشته باشیم. خوشبختانه پژوهش‌ها به درک بیشتر سیاره و همچنین بهبود توانایی برای بقا در فضا کمک می‌کنند. تأسیسات مشهور Biosphere 2 در آریزونا در دهه‌ی ۱۹۹۰ مکانی برای آزمایش روی مردان و زنانی بود که برای بررسی تأثیر محیط در یک بازه‌ی دوساله در مکان‌هایی ایزوله زندگی می‌کردند. (زمین به‌عنوان بیوسفر ۱ شناخته می‌شود).

با وجود نیاز به مداخله‌ی خارجی برای تنظیم سطح ورود اکسیژن، آزمایش بیوسفر ۲ یکی از موفق‌ترین آزمایش‌های آن زمان بود؛ این آزمایش به درک بهتری از سیستم‌های پشتیبان حیات زمین و یک مجموعه از مقالات علمی منجر شد. به‌گفته‌ی جان آدامز، معاون بیوسفر ۲ (که حالا تحت مالکیت او است و توسط دانشگاه آریزونا اداره می‌شود) هدف اصلی این پروژه، افزایش درک سیستم‌های متعدد زمین و نظارت بهتر بر آن است.

امروزه بیوسفر ۲ از چند اکوسیستم مدل تشکیل شده است که شامل جنگل‌های واقعی بارانی تا محیط‌های اقیانوسی است. دانشمندان با کنترل عناصر موجود در این اکوسیستم‌ها می‌توانند به عملکرد عناصر هم ارز آن در جهان واقعی یا آشفته‌سازی آن‌ها در شرایط ایزوله پی ببرند.

در همان مکان که بخشی از آزمایش اصلی بیوسفر ۲ نیست می‌توان «رصدخانه‌ی تکامل چشم‌انداز» (LEO: Landscape Evolution Observatory) را پیدا کرد که از سه سازه‌ی عظیم روی یک تپه‌ی بازالت آتشفشانی ساخته‌شده است و از زاویه‌های متعدد مشابه سطح مریخ است. پیتر تروچ مدیر علمی بیوسفر ۲ می‌گوید با LEO می‌توان به چگونگی تبدیل زمینی لم‌یزرع به زمینی با حیات پایدار پی برد. آدامز می‌گوید:

معمولا دنیاهای واقعی بیولوژیکی و فیزیکی به یکدیگر گره‌ خورده‌اند و جدا کردن آن‌ها از یکدیگر برای درک ماهیتشان کار دشواری است.

تأسیساتی مثل LEO امکان تشریح زیست بوم را فراهم می‌کند. به‌گفته‌ی کراچ با وجود درک شفافی که از زیستگاه‌های واقعی وجود دارد می‌توان از چشم‌اندازهای این پروژه می‌توان برای کمک به احیای اکوسیستم‌های آسیب‌دیده‌ در کره‌ی زمین استفاده کرد. دنیل لاورینی، سرپرست سیستم‌های اکتشافی ESA می‌گوید: «سعی می‌کنیم با فعالیت‌ بین فضا و زمین مشکلات مشابهی را حل کنیم.» البته درک زمین در اولویت است به‌گفته‌ی آدامز:

اگر نتوانیم سیستم‌های زمین یعنی جایی که در آن زندگی می‌کنیم و به آن وابسته هستیم را درک کنیم چگونه می‌توانیم به‌دنبال بازسازی هرگونه پشتیبانی برای حیات خود باشیم؟»

فناوری فضایی به ‌طور کلی محدود به سیستم‌های پشتیبان حیات نمی‌شود. برای مثال چند دهه است ماهواره‌ها امکان نظارت با جزئیات دقیق را به دانشمندان جوی و اقلیمی داده‌اند. اما اگر از سکونت‌پذیر بودن زمین مطمئن نشویم (بحرانی که تاکنون در پی حل آن بودیم) دسترسی به ستاره‌های دیگر چه سودی برایمان خواهد داشت؟ به‌گفته‌ی ماسا شاید نیاز به اکسیژن برای تنفس روی مریخ و رشد گیاه روی ماه از اهداف انسان باشد اما همین حالا زمین تمام این ویژگی‌ها را دارد. شاید بتوان گفت دردسرهای زندگی در فضا باعث شود مردم قدر خانه‌ی خود را بیشتر بدانند.