Οι επανδρωμένες αποστολές μεγάλης διάρκειας προς τη Σελήνη και τον Άρη απαιτούν

συστήματα παραγωγής τροφής που μπορούν να λειτουργούν με περιορισμένο

ανεφοδιασμό, καθυστερημένη επικοινωνία με τη Γη, αυστηρούς περιορισμούς μάζας και

ενέργειας, και υψηλή περιβαλλοντική αβεβαιότητα. Η παρούσα διπλωματική εργασία

εξετάζει τη Διαστημική Γεωργία Ακριβείας ως ενοποιημένη προσέγγιση για την αυτόνομη

διαχείριση καλλιεργειών και βιοαναγεννητικών συστημάτων υποστήριξης ζωής σε

μελλοντικές πλανητικές εγκαταστάσεις. Η μελέτη βασίζεται σε ανασκόπηση πεδίου

εφαρμογής (scoping review), σύμφωνα με το PRISMA-ScR, με τελικό βιβλιογραφικό σώμα

127 συμπεριληφθεισών δημοσιεύσεων, οργανωμένων σε τέσσερις θεματικούς άξονες:

διαστημική βιολογία και βιοαναγεννητικά συστήματα υποστήριξης ζωής, διαστημική

γεωργία και τεχνολογία, τεχνολογίες γεωργίας ελεγχόμενου περιβάλλοντος, και γενικές

ανασκοπήσεις ή στρατηγικοί οδικοί χάρτες.

Η ανάλυση δείχνει ότι τα υφιστάμενα συστήματα έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο σε

φυτοθαλάμους, φωτοβιοαντιδραστήρες, καλλιέργεια μικροαλγών και κυανοβακτηρίων,

έννοιες ολοκλήρωσης BLSS/ECLSS, παρακολούθηση φυτικής υγείας, AI-based sensing

και επίγειες αναλογικές εγκαταστάσεις. Ωστόσο, η τεκμηρίωση παραμένει άνιση. Πολλά

συστήματα έχουν σημαντική πειραματική αξία, αλλά εξακολουθούν να εξαρτώνται από

ανθρώπινη ή επίγεια παρέμβαση. Άλλα παρουσιάζουν ισχυρή αισθητηριακή ή βιολογική

απόδοση, χωρίς όμως επαρκή αυτόνομη λήψη αποφάσεων, ανοχή σε αστοχίες, ανθεκτική

IoST υποδομή σε ακτινοβολία και ολοκληρωμένο έλεγχο μεταξύ βιολογικών, φυσικών και

υπολογιστικών επιπέδων.

Για την αντιμετώπιση αυτού του κενού, η εργασία αναπτύσσει συγκριτικό πλαίσιο

αξιολόγησης βασισμένο σε έξι κριτήρια: αυτονομία, δυνατότητα αισθητήρων, ολοκλήρωση

κλειστού βρόχου, ενεργειακή απόδοση, ανοχή σε αστοχίες και επεκτασιμότητα. Η σύγκριση

αυτή οδηγεί στον εντοπισμό έξι τεχνολογικών κενών, τα οποία τεκμηριώνουν την ανάγκη

για την προτεινόμενη IoST-SPA αρχιτεκτονική. Η αρχιτεκτονική οργανώνεται σε επίπεδα

sensing, networking, edge computing και AI decision-making, με εγκάρσιο επίπεδο

ανθεκτικότητας, διεπαφή ολοκλήρωσης BLSS/ECLSS, υβριδικό Digital Twin και ιεραρχία

αυτονομίας βασισμένη σε επίπεδα εμπιστοσύνης. Στη συνέχεια, η εργασία μεταφέρει την

αρχιτεκτονική αυτή σε εννοιολογικό μοντέλο Space Farm, το οποίο περιλαμβάνει βιολογικά

υποσυστήματα, ροές μάζας και δεδομένων, ECLSS buffer και διαδρομή επικύρωσης από

προσομοίωση και hardware-in-the-loop έως αναλογικές, LEO και μελλοντικές δοκιμές

μερικής βαρύτητας.

Η εργασία καταλήγει ότι η κεντρική πρόκληση δεν είναι η απουσία επιμέρους τεχνολογιών,

αλλά η αξιόπιστη ενοποίησή τους σε ένα ανθεκτικό, αυτόνομο και βιολογικά ερμηνεύσιμο

σύστημα. Το προτεινόμενο πλαίσιο συμβάλλει στη διαμόρφωση μιας δομημένης βάσης για

τη μελλοντική πειραματική επικύρωση αυτόνομων συστημάτων διαστημικής γεωργίας.

Long-duration human missions to the Moon and Mars require food-production systems

that can operate with limited resupply, delayed communication with Earth, constrained

mass and energy budgets, and high environmental uncertainty. This thesis investigates

Space Precision Agriculture as an integrated approach for autonomous crop and

bioregenerative life-support management in future planetary habitats. The study is based

on a PRISMA-ScR-guided scoping review with a final bibliographic body of 127 included

publications, organised into four thematic axes: space biology and bioregenerative life-

support systems, space agriculture and technology, controlled-environment agriculture

technologies, and general reviews or strategic roadmaps.

The analysis shows that existing systems have achieved significant progress in plant growth

chambers, photobioreactors, microalgae and cyanobacteria cultivation, BLSS/ECLSS

integration concepts, plant-health monitoring, AI-based sensing, and terrestrial analogue

facilities. However, the evidence remains uneven. Many systems are experimentally

valuable but still depend on human or ground-in-the-loop operation. Others demonstrate

strong sensing or biological performance, but lack autonomous decision-making, fault

tolerance, radiation-resilient IoST infrastructure, and integrated control across biological,

physical and computational layers.

To address this gap, the thesis develops a comparative evaluation framework based on six

criteria: autonomy, sensing capability, closed-loop integration, energy efficiency, fault

tolerance, and scalability. This comparison identifies six technological gaps that motivate

the proposed IoST-SPA architecture. The architecture is structured around sensing,

networking, edge computing and AI decision-making layers, supported by a cross-cutting

resilience layer, BLSS/ECLSS integration interface, hybrid Digital Twin, and confidence-

based autonomy hierarchy. The work further translates this architecture into a conceptual

Space Farm model, including biological subsystems, mass and data flows, ECLSS

buffering, and a staged validation pathway from simulation and hardware-in-the-loop

testing to analogue, LEO and future partial-gravity demonstrations.

The thesis concludes that the central challenge is not the absence of individual technologies,

but their reliable integration into a resilient, autonomous and biologically meaningful

system. The proposed framework contributes a structured foundation for future

experimental validation of autonomous space farming systems.