Tương tự như cách mà sự ra đời của nền nông nghiệp đánh dấu thời điểm quan trọng cho nền văn minh nhân loại ban đầu, cho phép chuyển đổi từ lối sống du mục sang cộng đồng định cư, những tiến bộ hiện đại trong nông nghiệp không gian hứa hẹn duy trì sự sống của con người trong tương lai ngoài Trái Đất.
Theo góc nhìn trên cạn – và hiện hữu ích hơn nhiều – những đổi mới thúc đẩy bởi những hạn chế của nền nông nghiệp không gian cũng có thể cung cấp thông tin cho các hoạt động bền vững trên Trái Đất.
Các kỹ thuật được phát triển để trồng trọt trong môi trường không gian khắc nghiệt có thể được áp dụng để giải quyết những thách thức về nông nghiệp ở những vùng khí hậu khắc nghiệt và đô thị trên Trái Đất, có khả năng mở ra những giải pháp mới để nuôi sống dân số toàn cầu đang gia tăng trong bối cảnh tài nguyên khan hiếm.
Khi các sứ mệnh hướng đến sao Hỏa, một thách thức chính là tái tạo các yếu tố cơ bản của sự sống trên cạn—đặc biệt là nông nghiệp—trong môi trường ngoài trái đất. Stefania De Pascale, một nhà khoa học người Ý có nền tảng về nông học, là người đi đầu trong lĩnh vực này.
Hành trình của De Pascale vào ngành nông nghiệp vũ trụ bắt đầu với việc cô theo học ngành Nông nghiệp tại Đại học Federico II ở Naples. Sự hợp tác của cô với các kỹ sư hàng không vũ trụ ở Amsterdam đã mở ra cánh cửa cho những nỗ lực nghiên cứu tiên phong trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) ở Naples—một quan hệ đối tác đã thúc đẩy sự hợp tác với Cơ quan vũ trụ Ý và Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA). Năm 2019, cô thành lập Phòng thí nghiệm nghiên cứu cây trồng cho không gian, tập trung vào việc phát triển các hệ thống hỗ trợ sự sống tái tạo kết hợp trồng trọt cho các sứ mệnh không gian.
Những lý do thực tế để theo đuổi nông nghiệp không gian là rất quan trọng. ISS tương đối tự duy trì do gần Trái đất và khả năng thực hiện các nhiệm vụ tiếp tế. Tuy nhiên, các nhiệm vụ lên Mặt trăng và cuối cùng là Sao Hỏa đòi hỏi nhiều hệ thống tự động hơn. Sao Hỏa, cách Trái đất từ 55 đến 400 triệu km, đặt ra những thách thức về hậu cần và tài chính—đặc biệt là khi xem xét rằng mỗi thành viên phi hành đoàn sẽ cần tới 7.5 tấn thực phẩm và vật tư trong một nhiệm vụ kéo dài 500 ngày. Sản xuất thực phẩm trên Sao Hỏa sẽ làm giảm đáng kể tải trọng và sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng trên Trái đất.
Nhìn xuống Trái Đất từ Trạm vũ trụ quốc tế. Hình ảnh do NASA cung cấp.
Các điều kiện độc đáo của không gian tạo ra nhiều thách thức khác nhau. Trên ISS, trọng lực vi mô khiến các phương pháp tưới nước thông thường trở nên không khả thi, thúc đẩy việc triển khai các hệ thống tưới mao dẫn trong môi trường phát triển khép kín. Tại đây, các loại cây trồng như rau diếp, lúa mì, cà chua và củ cải được trồng với số lượng nhỏ bằng phương pháp "máy làm salad" hiệu quả, tạo ra thứ mà người ta thường gọi là rau "hái và ăn".
Tuy nhiên, việc di chuyển đến các căn cứ trên Mặt Trăng và Sao Hỏa lại có những biến số riêng. Không giống như môi trường vi trọng lực của ISS, cả Mặt Trăng và Sao Hỏa đều có trọng lực, mặc dù đã giảm. Điều này cho phép thích nghi với các hệ thống thủy canh tương tự như nhà kính của Trái Đất. Công trình của De Pascale bao gồm việc kiểm tra tiềm năng sử dụng các nguồn tài nguyên tại địa phương, chẳng hạn như regolith trên Mặt Trăng hoặc Sao Hỏa, làm chất nền phát triển.
Ngoài việc cung cấp nguồn dinh dưỡng, thực vật còn đóng vai trò quan trọng trong các chức năng hỗ trợ sự sống khác—chúng tạo ra oxy, hấp thụ carbon dioxide và có thể chuyển đổi chất thải hữu cơ thành chất dinh dưỡng, tăng cường tính bền vững của môi trường sống nói chung. Hơn nữa, lợi ích về mặt tâm lý của cây xanh giúp giảm bớt gánh nặng tâm lý do sự cô lập của không gian.
Do đó, sự phát triển của nông nghiệp vũ trụ không chỉ mở đường cho du hành vũ trụ dài ngày mà còn mang lại lợi ích qua lại có thể đóng góp vào các sáng kiến về an ninh lương thực và phát triển bền vững toàn cầu. Cuộc đối thoại giữa nông nghiệp vũ trụ và nông nghiệp trên cạn này nhấn mạnh một tương lai mà kiến thức thu được từ việc trồng khoai tây trên sao Hỏa có thể tăng cường các cơ hội cho nông nghiệp tại đây trên Trái đất.
