Applications microbiennes pour l’exploration spatiale durable au-delà de l’orbite terrestre basse

npj Microgravity volume 9, Numéro d'article : 47 (2023) Citer cet article

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Avec la construction de la Station spatiale internationale, les humains vivent et travaillent continuellement dans l’espace depuis 22 ans. Des études microbiennes menées dans l’espace et dans d’autres environnements extrêmes sur Terre ont montré la capacité des bactéries et des champignons à s’adapter et à changer par rapport aux conditions « normales ». Certains de ces changements, comme la formation de biofilms, peuvent avoir un impact négatif sur la santé des astronautes et l’intégrité des engins spatiaux, tandis que d’autres, comme la propension à la dégradation du plastique, peuvent favoriser l’autosuffisance et la durabilité dans l’espace. À l'aube de la prochaine ère de l'exploration spatiale, qui verra des missions avec équipage sur la Lune et sur Mars au cours des 10 prochaines années, l'intégration de la recherche en microbiologie dans la planification, la prise de décision et la conception des missions sera primordiale pour assurer le succès de ces missions de longue durée. missions. Celles-ci peuvent inclure des études sur le microbiome des astronautes pour se protéger contre les infections, le dysfonctionnement du système immunitaire et la détérioration des os, ou des études sur l'utilisation des ressources biologiques in situ (bISRU) qui intègrent des microbes pour agir comme boucliers contre les radiations, créer de l'électricité et établir des habitats végétaux robustes pour les aliments frais et le recyclage des déchets. déchets. Dans cette revue, des informations seront présentées sur l'utilisation bénéfique des microbes dans les systèmes de survie biorégénératifs, leur applicabilité au bISRU et leur capacité à être génétiquement modifiés pour des applications spatiales biotechnologiques. En outre, nous discutons des effets négatifs que les microbes et les communautés microbiennes peuvent avoir sur les voyages spatiaux de longue durée et proposons des stratégies d’atténuation pour réduire leur impact. Utiliser les avantages des microbes, tout en comprenant leurs limites, nous aidera à explorer plus profondément l’espace et à développer des habitats humains durables sur la Lune, sur Mars et au-delà.

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) s'est engagée à ramener des humains sur la Lune au cours des deux prochaines années et à faire atterrir les premiers humains sur Mars d'ici 2033. Le voyage au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO) élargira la civilisation humaine et permettra de futures colonies spatiales. , fournir des connaissances scientifiques sur l’évolution de notre planète et du système solaire et créer des partenariats mondiaux dans la quête d’une exploration spatiale plus poussée1,2. Dans le cadre du plan Artemis, un survol lunaire en équipage est prévu pour 2024 (Artemis II), suivi d'un atterrissage lunaire en 2025 (Artemis III), le premier depuis la fin de l'ère Apollo en 1972, et éventuellement une présence lunaire durable de la part du satellite. fin de cette décennie3. Gateway, une plate-forme en orbite où les astronautes vivront et mèneront des recherches, tout en fournissant un soutien pour de longues expéditions sur la surface lunaire, sera essentielle au succès du programme Artemis. Le programme Artemis établira un camp de base au pôle sud lunaire qui servira de tremplin aux missions humaines vers Mars. La recherche et le développement sur la base lunaire serviront de prototypes pour ces futures missions sur Mars, où la NASA pourra établir les meilleures pratiques pour l'exploration humaine à long terme dans ces environnements extraterrestres défavorables4.

Contrairement au fonctionnement de la Station spatiale internationale (ISS), qui est régulièrement réapprovisionnée depuis la Terre quelques heures après son lancement, les missions dans l’espace lointain nécessiteront une autosuffisance et une durabilité indépendantes de la Terre. Cela impliquera l’utilisation de ressources renouvelables, le recyclage des déchets, la production d’électricité et un approvisionnement continu en nourriture, en eau et en oxygène sur une période prolongée/indéfinie. La Lune est la distance la plus courte au-delà de LEO avec un environnement spatial profond offrant des opportunités de recherche uniques à mener dans le cadre du programme Artemis. La passerelle de l'orbiteur lunaire fonctionnera de la même manière que l'ISS en utilisant un élément d'alimentation et de propulsion qui utilisera l'énergie solaire pour propulser et alimenter le vaisseau spatial, un avant-poste d'habitation et de logistique qui servira de quartier d'habitation et d'espace de travail de recherche, ainsi que des ports d'amarrage pour les engins spatiaux tels que comme Orion, ce sera le premier du genre à transporter des astronautes vers et depuis l’espace lointain5,6. L'ISS et les satellites en orbite autour de la Terre capitalisent sur l'énergie solaire en tant que ressource énergétique renouvelable. Cependant, dans des avant-postes plus éloignés tels que Mars, d'autres facteurs tels que la distance au soleil, l'angle et les conditions météorologiques (c'est-à-dire les tempêtes de poussière) affectent l'efficacité énergétique. fournis par les panneaux solaires7. Ce fut le cas de la mission Insight de la NASA, où une récente tempête de poussière martienne a entraîné une accumulation de poussière sur les panneaux solaires, empêchant ainsi une quantité adéquate de lumière du soleil de les atteindre, forçant l'atterrisseur à passer en « mode sans échec »8, qui économise la batterie. Des problèmes similaires de couverture de poussière ont été rencontrés lors des missions Apollo en raison de la poussière lunaire chargée électriquement adhérant aux panneaux solaires de l'atterrisseur lunaire9,10. Le ravitaillement des marchandises, comme celles qui sont fréquemment envoyées vers l’ISS, est coûteux et peut ne pas être réalisable pour les missions spatiales de longue durée (il faut environ 7 mois pour arriver sur Mars). Ainsi, l’autosuffisance en matière de production de nourriture et d’oxygène sur les avant-postes extraterrestres, comme sur la Lune et sur Mars, est cruciale11. De plus, les délais de communication entre la Terre et Mars peuvent aller de 5 à 20 min selon la position des planètes12. Le manque de missions de réapprovisionnement en marchandises et les retards de communication peuvent être préjudiciables aux urgences liées à la santé humaine, ce qui rend impératif que les membres d’équipage soient autonomes en matière de prévention et de traitement des risques sanitaires. Par conséquent, des solutions pour faire face aux ressources limitées et aux risques pour la santé humaine, qui peuvent être mises en œuvre de manière réalisable dans l’espace lointain, doivent être établies avant les missions d’exploration Artemis et Mars. Cela pourrait être réalisé grâce à l’exploitation et à l’ingénierie de microbes importants pour la santé humaine13,14,15,16, l’agriculture17, la production alimentaire18,19,20, l’écosystème21,22,23,24,25 et l’environnement bâti26,27. La figure 1 donne un aperçu des différents rôles que les microbes pourraient jouer dans l’exploration de l’espace lointain.