Vì sao phi hành gia lên sao Hỏa cần cả một hệ sinh thái thực phẩm?

Một chuyến bay một chiều đến sao Hỏa kéo dài ít nhất chín tháng. Sau đó, trong kịch bản của cuộc thi Mars to Table, 15 phi hành gia còn phải sống trên bề mặt hành tinh khoảng 500 sol, tương đương 513 ngày Trái Đất. Với khoảng thời gian ấy, câu hỏi không còn đơn giản là nên đóng gói món gì, mà là làm sao duy trì nguồn thức ăn khi những kiện hàng mang từ Trái Đất dần vơi đi. [1]

Câu trả lời mà NASA tìm kiếm là một hệ thống sản xuất thực phẩm tương đối tự chủ: kết hợp lượng dự trữ mang theo với thực phẩm được tạo ra tại chỗ, đồng thời hạn chế khối lượng vận chuyển và công sức vận hành. ANI, phương án giành giải nhất, đề xuất sản xuất một nửa lượng thức ăn ngoài Trái Đất bằng nông nghiệp trong môi trường kiểm soát, lên men, nuôi nấm và tái chế dinh dưỡng qua bioreactor. [1]

Vì sao không thể chỉ đóng gói thêm khẩu phần?

Trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, phần lớn bữa ăn được nấu, đóng gói rồi gửi lên từ phòng thí nghiệm thực phẩm của NASA. Cách làm này phù hợp với một nơi có thể tiếp nhận hàng từ Trái Đất, nhưng chuyến đi sao Hỏa đặt ra quy mô thời gian và nhu cầu hoàn toàn khác. Thực phẩm đóng gói phải đáp ứng giới hạn khối lượng vận chuyển, đồng thời giữ được chất lượng trong suốt hành trình và thời gian lưu trú kéo dài. [1]

Có thể hình dung mỗi khẩu phần bổ sung là một phần tải trọng phải được đưa rời Trái Đất ngay từ đầu. Nếu chỉ tăng số thùng thức ăn theo số ngày, hệ thống sẽ ngày càng phụ thuộc vào kho dự trữ hữu hạn. Một hệ sinh thái thực phẩm đổi cách tiếp cận: thay vì mang toàn bộ thành phẩm, phi hành đoàn mang theo cả phương tiện tạo ra một phần bữa ăn trong thời gian làm nhiệm vụ. [1]

Một hệ thống thực phẩm hoàn chỉnh phải giải quyết những gì?

Mars to Table không yêu cầu các đội chỉ đề xuất một thiết bị trồng cây hay một kỹ thuật chế biến riêng lẻ. Mỗi phương án phải kết nối cách bố trí, thực đơn và quy trình vận hành thành một hệ thống thống nhất. Tiêu chí còn tính đến lượng thời gian và công việc mà phi hành đoàn phải dành cho thực phẩm, bởi một giải pháp tạo được thức ăn nhưng đòi hỏi chăm sóc liên tục vẫn có thể trở thành gánh nặng trong nhiệm vụ. [1]

Điều đó biến căn bếp sao Hỏa thành một bài toán điều phối. Cây trồng, quá trình lên men, nguồn dự trữ và khâu chế biến phải hỗ trợ lẫn nhau để tạo ra nhiều loại món ăn. Ví dụ minh họa, nếu một nguyên liệu tươi chưa sẵn sàng đúng lúc, thực đơn cần có lựa chọn khác thay vì buộc cả hệ thống ngừng hoạt động. Đây là cách tư duy theo chuỗi, không phải theo từng món riêng biệt.

ANI ghép các phương pháp sản xuất ra sao?

Adaptive Nourishment Infrastructure, viết tắt là ANI, được hình dung như một hệ sinh thái thực phẩm dạng mô-đun. Nông nghiệp trong môi trường kiểm soát tạo ra nguyên liệu thực vật; lên men và nuôi nấm mở rộng cách biến đổi hoặc tạo thực phẩm; còn bioreactor, tức thiết bị duy trì quá trình sinh học trong điều kiện được kiểm soát, tham gia tái chế dinh dưỡng theo vòng khép kín. Các phần này hoạt động cùng lượng thực phẩm giới hạn được mang từ Trái Đất. [1]

Mục tiêu 50% không có nghĩa phi hành đoàn cắt đứt hoàn toàn với nguồn cung ban đầu. Trong ý tưởng ANI, thực phẩm dự trữ vẫn là một phần của toàn hệ thống, còn sản xuất tại chỗ giúp giảm mức lệ thuộc vào chúng. Cách kết hợp này cũng tạo ra hai lớp chức năng: kho mang theo cung cấp phần đã chuẩn bị sẵn, trong khi các mô-đun sản xuất tiếp tục tạo nguyên liệu cho những bữa ăn tươi hằng ngày. [1]

Tại sao khả năng chịu gián đoạn quan trọng?

Một hệ thống trên sao Hỏa không thể được thiết kế với giả định mọi điều kiện luôn thuận lợi. Phương án ANI dự kiến phải tiếp tục đáp ứng nhu cầu khi thiếu điện, thiếu nước, thiết bị gặp vấn đề hoặc phi hành đoàn không có đủ thời gian chăm sóc. Những tình huống này tác động đến các mắt xích khác nhau, nên thiết kế dạng mô-đun nhằm giúp hệ thống thích nghi thay vì phụ thuộc vào một quy trình duy nhất. [1]

Khả năng thích nghi còn liên quan trực tiếp đến thực đơn. Một bữa ăn chỉ tồn tại trên bản kế hoạch khi nguyên liệu, thiết bị và thời gian chế biến đều có mặt cùng lúc. Vì thế, hệ thống cần cho phép thay đổi cách kết hợp nguyên liệu khi một phần sản xuất bị chậm. Đây là khác biệt giữa một danh sách món ăn hấp dẫn và một hạ tầng có thể nuôi sống nhiều người qua hàng trăm ngày. [1]

Từ ý tưởng đoạt giải đến bữa ăn thật còn khoảng cách nào?

ANI hiện là một concept, tức phương án thiết kế, chứ chưa phải hệ thống đã được xác nhận vận hành trên sao Hỏa. Cuộc thi đánh giá bản bố trí, kế hoạch bữa ăn, khái niệm vận hành và video trình bày. Giải nhất cho thấy hướng tích hợp này đáp ứng tốt bài toán mà NASA đặt ra, nhưng không đồng nghĩa mọi mô-đun đã vượt qua toàn bộ thử nghiệm cần thiết cho một nhiệm vụ thực tế. [1]

Giá trị đáng chú ý của ý tưởng nằm ở cách nó định nghĩa lại “thức ăn vũ trụ”. Đó không chỉ là món ăn được hút chân không hay một loại cây có thể trồng trong khoang kín. Nó là hạ tầng nối sản xuất, chế biến, dự trữ, tái chế và lao động của con người. Khi hành trình đủ dài, căn bếp không còn là nơi cuối cùng của chuỗi cung ứng; nó phải trở thành một phần của hệ thống duy trì sự sống. [1]