NASAのアルテミス計画は、月への壮大な回帰であり、将来の人類が宇宙と地球の両方でどのように食事を摂るかを再定義する可能性があります。宇宙での植物栽培を成功させるための要件を理解するため、7つの植物関連実験が承認されました。宇宙農業に加え、3Dプリント食品、包装技術、微生物叢の新たな応用といったイノベーションは、地球上の食糧問題にも大きな影響を与える可能性があります。宇宙における食の設計課題（長期保存、閉鎖型サイクル、栄養、調理の不可能性）を解決することは、地球上の過酷な環境下における栄養へのアクセス改善にもつながります。
宇宙における食には何が必要か？
地球上の私たちは食事の多様性や栄養に目を向けがちですが、宇宙食システムにおける重要な基準は以下の通りです。
1. 食の安全性：高度な閉鎖型植物栽培エコシステム
による、食品の腐敗防止、廃棄物処理、リサイクル。2. 信頼性：宇宙の過酷な環境に耐えうる能力、長い保存期間、最小限のスペースでの運用。3. 栄養密度と満足感（嗜好性、多様性、調理の容易さなど）。
宇宙特有の課題
宇宙での植物栽培には、閉鎖された生態系、無重力、直射日光の欠如、限られたスペースと水資源といった課題があります。無重力環境では調理が困難であり、シャトル内のリソース（質量、電力、乗組員の時間、水、廃棄物処理）への負荷を最小限に抑える必要があります。また、栄養素の劣化や膨大な必要量を考慮すると、包装済み食品だけでは対応できない場合があります。将来の深宇宙探査では、補給が不可能な状況下で、限られた食料と水で数年間の航行に耐える必要があります。
出版物と特許の動向
NASAやその他の機関による宇宙食に関する出版物や特許は、数十年にわたって発表され続けています。私たちはCAS Content Collection™を使用し、2000年から2022年までの宇宙食および生命維持システムに関連する世界の科学出版物を調査しました。研究の状況を見ると、大規模な宇宙計画の発表が、世界中での将来的な出版物や特許の増加を牽引していることがわかります。例えば、国際宇宙ステーションは1993年の発表以来、多大な取り組みを続けてきました。それ以降の出版物や特許の増加は、これまでに実施された2,500件以上の実験と高い相関関係にあります。同様に、2011年のNASAの商業乗員輸送計画の発表後、そして2017年のアルテミス計画発表後にも、研究の明確な増加傾向が見られます（図1）。
新たなソリューション：3Dプリント宇宙食
Out of this world pizza? Pardon the pun, but new advances in 3D printing food on the International Space Station could have a massive impact on some of the biggest food challenges we have on Earth. 3D printers now produce different designs and customized diets by adding specific ingredients into food. Today Inks for the 3D printer can consist of dried meat, vegetables, and dairy powders, fortified with relevant micronutrients. Some of the most common printable edible inks are mashed potatoes, chocolate, dough, cheese, cream, cake frosting, and fruits.
この技術は、宇宙食の保存期間を延ばすために不可欠です。食品素材を無菌状態で原材料として保管できるためです。さらに、機内の保管スペースを最小限に抑えることも可能です。
微生物を利用した栄養生産
研究者たちは、空気中の成分や排泄物を栄養素に変換するさまざまな種類の細菌を調査しています。例えば、水素栄養細菌（水素をエネルギー源として代謝する単細胞微生物）は、発酵プロセスを通じて宇宙飛行士の呼気に含まれる二酸化炭素をタンパク質に変換できる可能性があります。また、パン酵母の近縁種であるヤロウイア・リポリティカ（Yarrowia lipolytica）を使い、人間の尿を餌として脂質やプラスチックを生成できることも判明しており、自然廃棄物を人間の健康に不可欠な栄養素に変える可能性が開かれています。
包装済み食品
乾燥食品や冷凍食品は不可欠ですが、NASAは新たなアプローチとして、最新の食品保存技術の研究を進めています。例えば、圧力補助熱殺菌およびマイクロ波殺菌技術は、包装済み食品の初期品質と栄養価をより高く維持することを可能にします。また、研究者たちは食品の賞味期限を最大5年まで延ばすための、より優れた包装技術の開発にも取り組んでいます。
閉鎖型システムと宇宙農業
適切かつ安定した栄養源を確保するための最善の選択肢は、宇宙船内での農業です。宇宙農園の存在は持続可能な環境の構築に寄与します。植物は廃水の再利用、酸素の生成、空気の浄化、さらには宇宙船内での排泄物のリサイクルにも活用できるためです。現在、Veggieと呼ばれる宇宙菜園が存在します。これは6株の植物を栽培可能で、これまでにレタス、白菜、水菜、レッドルシアンケール、百日草の栽培に成功しています。過去40年間に宇宙で栽培された植物のリストはこちらからご覧いただけます。
宇宙食がもたらす現実世界への影響
宇宙食分野の研究は、食と地球とのより良く持続可能な関係を築くことにつながります。閉鎖型温室や垂直農法は、水や土地の必要量が少ないため、乾燥地帯や極地、遠隔地、あるいは人口密集地でも活用可能です。空気成分を利用した食肉生産は、家畜飼育を減らし、土地や水の消費量を大幅に削減できる可能性があります。宇宙食のために開発された高性能な空気清浄機は、現在、食品保存や手術室でも利用されています。
食品の3Dプリント技術は、地球上の食糧不足を緩和する役割を果たす可能性があります。3Dプリンターを使えば、シェフよりも迅速かつ衛生的に食品を調理できるだけでなく、栄養価や食感をカスタマイズすることも可能です。また、食用インクを活用することで、これまで利用されてこなかった食材の活用範囲も広がります。
これらの技術はすべて、消費者の近くで生産を行うことで輸送量、包装、流通などのコストを削減し、環境負荷を低減させます。宇宙探査に関する継続的な研究の成果は、地球の環境やそこに住む人々に還元され、地球の生態系を維持・保護するためのヒントを提供しています。
