Что выращивали в космосе
Растения в космосе. Что и как выращивают на МКС
Важность выращивания в космосе
Свежие овощи, фрукты, зелень – основной рацион человека, необходимый для бодрости и здоровья. Космонавтам, находящимся на орбите Земли, периодически направляют свежую зелень, фрукты, овощи, но этого недостаточно. Мечта обитателей МКС – собственный огород, снабжающий растениями всю команду.
Выращивание растений в космосе полезно не только для физического, но и для психического здоровья астронавтов. Они подвергаются всевозможным рискам, сталкиваются с внештатными ситуациями. Доказано, что садоводство снимает стресс, дарит ощущение благополучия, снижает уровень тревожности.
Как говорят ученые, космическое земледелие – билет в будущее человечества. Владея технологиями огородничества в невесомости, можно колонизировать другие планеты. Живые растения способны полностью обеспечить переселенцев кислородом и свежим питанием во время длительного перелета на Луну, Марс, другие планеты.
Первые растения, которые полетели в космос
С начала покорения космоса растения сопровождают человека в процессе освоения внеземного пространства.
Важно! Первыми побывали в космосе семена кукурузы. Суборбитальный полет состоялся в 1946 на ракете «Фау-2».
В 1960г. эксперимент повторили. На этот раз Землю облетели семена пшеницы, кукурузы, лука, гороха и водоросли хлореллы. Растения отправились на орбиты вместе с Белкой и Стрелкой на корабле «Спутник» в 1960 г.
Один из интереснейших экспериментов – пребывание семян в открытом космосе. Исследование проводили в 2007 – 2008 гг. Ученые хотели выявить изменения в структуре зерен после пребывания в открытом космосе, оценить их всхожесть.
Семена томата, редиса, ячменя, риса, горчицы, никандра и арабидопсиса неоднократно пребывали в свободном полете. Их помещали в специальные емкости и закрепляли за обшивкой МКС. Затем зерна привезли на землю и посадили. Доказали свою живучесть и проросли все участники эксперимента, кроме томата.
Первые семена, которые проросли в космосе
В 2016 г. в мировой прессе появилось сообщение о том, что на Международной космической станции впервые в истории человечества Скотт Келли вырастил цветок астры-циннии.
Американский астронавт не был первопроходцем в этой области. Результаты первых экспериментов были обнародованы еще в 1982г., когда советские космонавты выращивали цветы на орбитальной станции «Салют-7».
За 211 суток космического полета экипаж космической станции совершил более 300 экспериментов, в том числе и медико-биологических.
Основное исследование заключалась в культивировании арабидопсиса (резуховидка Таля) в невесомости. Для растения построили герметичную камеру с 5ю емкостями и источником света. Вместо земли использовали субстрат из агара с высоким содержанием воды.
Стебли поднимались медленно, но в августе 1982 г. растение покрылось бутонами и цветами. Спустя 2 недели резуховидка выпустила стручки с семенами.
Интересно! Первый букет нежных белых цветов арабидопсиса подарили космонавту Светлане Савицкой.
На Земле исследования продолжались. В привезенных с орбиты экземплярах оказалось около 200 семян. Значит, представители земной растительности могут проходить в космосе полный цикл – от семени до семени. Позже советские космонавты проводили аналогичные эксперименты с горохом и пшеницей.
Внимание! На орбите россияне вывели уникальный «космический хлопчатник». Ранее самым ценным и дорогим считался египетский хлопок, длина волокна которого достигала 7 см. На «Салюте-7» вывели сорт, длина волокна которого – 20 см. Элитный вид хлопка в наши дни выращивают в Узбекистане.
Недавно китайским астронавтам первые удалось вырастить картофель на Луне. Произошло это в 2019 г. на зонде «Чанъэ-4», выброшенном на спутник земли. Во время эксперимента «проклюнулся» хлопок, картофель и рапс.
Проблемы выращивания в космосе
Культивировать растения во внеземном пространстве непросто. Ежедневно астронавты-огородники преодолевают массу сложностей:
Астронавты поясняют, что сложностей масса и не все можно преодолеть. Иногда случается то, что невозможно объяснить. Как рассказала Галина Нечитайло, доктор биологических наук, есть в истории российских биологических экспериментов необычный факт.
Клетки женьшеня пребывали на космической станции длительный срок, но особо не развивались. Когда космонавты отправились на Землю, забыли забрать женьшень. Следующий экипаж обнаружил, что культура не просто жива, а увеличилась в 6 раз!
Где выращивают растения в космосе
Многочисленные эксперименты в космосе показали, что семена в открытых емкостях прорастают, но не дают плодов. Поэтому основной упор биологи сделали на закрытых мини оранжереях. Основная российская разработка на сегодняшний день – комплекс «Лада» и «Лада-2», расположенные в российском секторе Международной космической станции, в котором выращивают:
Интересно! В августе 2015 г. астронавты МКС впервые в истории космонавтики вырастили и съели листья салата Ромэн.
Технологии космического земледелия постоянно совершенствуются. Оранжерея Veggie, разработанная американскими учеными, отличается от «Лады» подвижными стенками. Они сжимаются, пока росток маленький и увеличиваются в размерах по мере роста саженца. Комплекс снабжен LED светильниками красных, зеленых и синих тонов.
Астронавты впервые успешно вырастили редис
Недавно, 7 декабря 2020 г. в мире прогремела ошеломляющая новость. Астронавты, работающие на борту МКС, вырастили редис.
Ранее у биологов получалось культивировать зелень, а теперь, в рамках программы Plant Habitat-02, ученые добились успеха с корнеплодом.
Редис выращен в герметичной камере APH, оснащенной системой Veggie, доставляющей жидкость растениям. Специальные датчики контролируют уровень влажности и температуры, а за ростом саженца можно наблюдать с помощью видеокамер.
Корнеплод был выбран для эксперимента благодаря способности созревать за 27-28 дней. Если удастся наладить массовое производство, редис может стать основой натурального питания обитателей МКС.
Интересно! Ученые из Нидерландов сажают овощи и зелень в грунт, аналогичный марсианскому и лунному. Они собрали уже более 10 урожаев гороха, редиса, томатов, зелени.
Современные биологи оптимистично смотрят на растениеводство вне пределов Земли. Активно исследуются новые технологии, способные вывести культивирование растений на новый уровень.
Способы посадить огород без земли:
Большинство методов успешно опробованы на земле. Например, на антарктической станции Neumayer-Station III немецкие ученые оборудовали оранжерею, используя метод аэропоники. Они выращивают помидоры, огурцы, зелень и сладкий перец, а управляют процессом с помощью техники.
Успехи астронавтов МКС вдохновляют ученых на продолжение исследований и экспериментов. На кону – возможность колонизировать Марс и Луну.
NASA готовит программу Artemis, цель которой – высадка людей на спутник Земли через 50 лет. Постоянную лунную базу планируют основать к 2028 г. Следующий шаг – освоение Красной планеты. Грандиозные планы выполнимы, если астронавты смогут наладить получение стабильного урожая овощей и зелени
Последние статьи
Запрос в обществе на качественное и здоровое питание сейчас велик, как никогда. Но продукцию «зелёного» земледелия, которая продаётся в магазинах, дешёвой никак не назовёшь. Именно поэтому выращивание микрозелени в последние годы стало таким популярным. Ценность молодых ростков различных культур для здорового питания переоценить сложно. Но популярность микрозелени обусловлена ещё и тем, что вырастить её в своей квартире может каждый. Нужно только приложить немного усилий и следовать нехитрым правилам.
В осенний период простуд мы заботимся о наших покупателях. И специально проводим акцию, участвуя в которой, можно получить антибактериальный спрей для рук или обеззараживающее средство для поверхностей от «DR. KLAUS», для того чтобы ваши родные и близкие были здоровы.
Сельское хозяйство в космосе
Человечеству потребовались все знания, собранные учёными за сотни лет, чтобы начать космические полёты. И тогда человек столкнулся с новой проблемой — для колонизации других планет и дальних перелётов нужно разработать замкнутую экосистему, в том числе — обеспечить космонавтов едой, водой и кислородом. Доставлять еду на Марс, который находится за 200 миллионов километров от Земли, дорого и сложно, логичнее будет найти такие способы производства продуктов, которые легко реализовать в полёте и на Красной планете.
Как на семена влияет микрогравитация? Какие овощи будут безвредны, если их вырастить в богатой тяжёлыми металлами почве Марса? Как обустроить плантацию на борту космического корабля? Учёные и космонавты уже более пятидесяти лет ищут ответы на эти вопросы.
На иллюстрации — российский космонавт Максим Сураев обнимает растения в установке «Лада» на борту Международной космической станции, 2014 год.
Константин Циолковский в «Целях звездоплавания» писал: «Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса — слой влажной почвы с насаженными в ней растениями». Так он предлагал искусственно создавать гравитацию для растений. Растения должны быть подобраны плодовитые, мелкие, без толстых стволов и не работающих на солнце частей. Так колонизаторов можно частично обеспечить биологически активными веществами и микроэлементами и регенерировать кислород и воду.
В 1962 году главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв ставил задачу: «Надо бы начать разработку «Оранжереи (ОР) по Циолковскому», с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями».
Рукопись К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий», 1933 год. Источник
СССР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли 4 октября 1957 года, спустя двадцать два года после смерти Циолковского. Уже в ноябре того же года в космос отправили дворняжку Лайку, первую из собак, которые должны были открыть путь в космос людям. Лайка погибла от перегрева всего за пять часов, хотя полёт рассчитали на неделю — на это время хватило бы кислорода и еды.
Полёт Белки и Стрелки в августе 1960 года был более успешен и для собак, и для сопровождающих их животных — сорока мышей и двух крыс. Вместе с этим «Ноевым ковчегом» советские учёные отправили в космос семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. На Землю вся команда спустилась в контейнере, разработанном для будущих полётов человека. Но этого было мало — заниматься сельским хозяйством в космосе должен был начать человек.
Собака Лайка, первая собака на орбите Земли
В книге «Космос — землянам» лётчик-космонавт, член экспедиции «Союз-3» Георгий Береговой писал о том, что человеку свойственно ощущать причастность к земной природе, где бы он ни был: «Но когда оказываешься за пределами родной планеты, это воспринимается особенно остро. Обратите внимание, с каким волнением и теплотой рассказывают космонавты о том, как выглядит Земля с высоты орбиты. Ну а если вместе с ними путешествует в безжизненной пустоте космоса кусочек живого мира, то забота о «земляках» становится прямо-таки нежной. Даже когда эти «земляки» — зеленые стебли обыкновенного гороха. Именно его, кстати, выращивали на «Салюте-4» А. Губарев и Г. Гречко, а затем вновь посадили участники следующей экспедиций — П. Климук и В. Севастьянов».
На орбитальной станции «Салют-4», запущенной в 1974 году, была установка «Оазис» для культивирования растений в невесомости. Георгий Гречко писал в книге «Космонавт №34», что работа с системой была одним из самых интересных экспериментов в его полёте. Установка была гидропоническая, земли не было, горошины должны были прорастать в пропитанной марле. Вскоре после начала работы с «Оазисом» космонавт заметил, что в одну кювету вода не поступает, а в другую поступает слишком обильно, заставляя горошины подгнивать. Из установки срывались огромные капли воды, за которыми Гречко гонялся по станции с салфетками. Он отрезал шланг и стал поливать горошины вручную, пока несколько часов возился с аппаратом.
Космонавт признаётся, что из-за ненависти к биологии в школе чуть не загубил эксперимент. Он посчитал, что ростки путаются в ткани, растут неправильно, и освободил их от марли, но это не помогало. Оказалось, что он перепутал корешки со стеблями.
Эксперимент завершился успешно. Впервые в космосе растения прошли цикл от семени до взрослого стебля гороха. Но из 36 зерен взошли и выросли только три.
«Оазис-1» в Мемориальном музее космонавтики. Источник
Учёные предположили, что проблема возникла из-за генетически заложенной ориентации — проросток должен тянуться к свету, а корень — в противоположную сторону. Они усовершенствовали «Оазис», и следующая экспедиция взяла на орбиту новые семена.
Лук вырос. Виталий Севастьянов сообщил на Землю, что стрелки достигли десяти-пятнадцати сантиметров. «Какие стрелки, какого лука? Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы», — говорили с Земли. Бортинженер ответил, что из дома космонавты прихватили две луковицы, чтобы посадить их сверх плана, и успокоил учёных — горошины почти все взошли.
Но растения отказывались цвести. На этой стадии они погибали. Такая же судьба ждала тюльпаны, которые в установке «Лютик» на Северном полюсе распустились, а в космосе — нет.
Зато лук можно было есть, что успешно делали в 1978 году космонавты В. Коваленок и А. Иванченков: «Вот хорошо поработали. Может быть, теперь нам в награду и луковицу разрешат съесть».
Техника — молодёжи, 1983-04, страница 6. Горох в установке «Оазис»
Космонавты В. Рюмин и Л. Попов в апреле 1980 года получили установку «Малахит» с цветущими орхидеями. Орхидеи крепятся в коре деревьев и в дуплах, и учёные посчитали, что они могут быть менее подвержены геотропизму — способности органов растений располагаться и расти в определённом направлении относительно центра земного шара. Цветки через несколько дней опали, но при этом у орхидей образовались новые листья и воздушные корни. Ещё чуть позже советско-вьетнамский экипаж из В. Горбатко и Фам Туай привёзли с собой подрощенный арабидопсис.
Растения не хотели цвести. Семена всходили, но, например, орхидея не зацвела в космосе. Учёным нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Это делали в том числе с помощью электростимуляции корневой зоны: учёные считали, что электромагнитное поле Земли может влиять на рост. Ещё один способ предполагал описанный Циолковским план по созданию искусственной гравитации — растения выращивались в центрифуге. Центрифуга помогла — ростки ориентировались вдоль вектора центробежной силы. Наконец космонавты добились своего. В «Светоблоке» зацвёл Арабидопсис.
Слева на изображении ниже — оранжерея «Фитон» на борту «Салют-7». Впервые в этой орбитальной оранжерее Резуховидка Таля (Арабидопсис) прошла полный цикл развития и дала семена. Посредине — «Светоблок», в которой на борту «Салют-6» Арабидопсис впервые зацвёл. Справа — бортовая оранжерея «Оазис-1А» на станции «Салют-7»: она была оснащена системой дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корней и могла перемещать вегетационные сосуды с растениями относительно источника света.
«Фитон», «Светоблок» и «Оазис-1А»
Установка «Трапеция» для исследования роста и развития растений. Источник
Наборы с семенами
Бортовой журнал станции «Салют-7», зарисовки Светланы Савицкой
На станции «Мир» была установлена первая в мире автоматическая оранжерея «Свет». Российские космонавты в 1990-2000-х годах провели в этой оранжерее шесть экспериментов. Они растили салаты, редис и пшеницу. В 1996-1997 годах Институт медико-биологических проблем РАН планировал вырастить семена растений, полученные в космосе — то есть поработать с двумя поколениями растений. Для эксперимента выбрали гибрид дикой капусты высотой около двадцати сантиметров. У растения был один минус — космонавтам нужно было заниматься опылением.
Результат был интересный — семена второго поколения в космосе получили, и они даже взошли. Но растения выросли до шести сантиметров вместо двадцати пяти. Маргарита Левинских, научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН, рассказывает, что ювелирную работу по опылению растений выполнял американский астронавт Майкл Фоссум.
Видео Роскосмоса о выращивании растений в космосе. На 4:38 — растения на станции «Мир»
В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015 в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.
Выращенный на Международной космической станции салат
Так плантация на космической станции может выглядеть в будущем
В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.
Спаржа, выросшая на метеоритном грунте
В случае с Марсом, где много песка и пыли, измельчение породы не понадобится. Но возникнет другая проблема — состав почвы. В грунте Марса есть тяжёлые металлы, повышенное количество которых в растениях опасно для человека. Учёные из Голландии имитировали марсианскую почву и с 2013 года вырастили на ней десять урожаев нескольких видов растений.
В результате эксперимента учёные выяснили, что содержание тяжёлых металлов в выращенных на имитированном марсианском грунте горохе, редисе, ржи и помидорах не опасно для человека. Картофель и другие культуры учёные продолжают исследовать.
Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images
Содержание металлов в урожае, собранном на Земле и на симуляциях почвы Луны и Марса
Одной из важных задач является создание замкнутого цикла жизнеобеспечения. Растения получают углекислый газ и отходы жизнедеятельности экипажа, взамен отдают кислород и производят еду. Учёные проверяли возможность использования в пищу одноклеточной водоросли хлореллы, содержащей 45% белка и по 20% жиров и углеводов. Но эта в теории питательная еда не усваивается человеком из-за плотной клеточной стенки. Существуют способы решения данной проблемы. Можно расщеплять клеточные стенки технологическими методами, используя термообработку, мелки помол или другие способы. Можно брать с собой разработанные специально для хлореллы ферменты, которые космонавты будут принимать с едой. Учёные могут и вывести ГМО-хлореллу, стенку которой человеческие ферменты смогут расщепить. Хлореллой для питания в космосе сейчас не занимаются, но используют в замкнутых экосистемах для производства кислорода.
Эксперимент с хлореллой проводили на борту орбитальной станции «Салют-6». В 1970-е годы ещё считали, что пребывание в микрогравитации не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм — слишком было мало информации. Изучить влияние на живые организмы пытались и с помощью хлореллы, жизненный цикл которой длится всего четыре часа. Её удобно было сравнивать с хлореллой, выращенной на Земле.
Источник
Прибор ИФС-2 предназначался для выращивания грибов, культур тканей и микроорганизмов, водных животных. Источник
С 70-х годов в СССР проводили эксперименты по замкнутым системам. В 1972 году началась работа «БИОС-3» — эта система действует и сейчас. Комплекс оснащён камерами для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях — фитотронами. В них выращивали пшеницу, сою, салат чуфу, морковь, редис, свёклу, картофель, огурцы, щавель, капусту, укроп и лук. Учёные смогли достичь почти на 100% замкнутый цикл по воде и воздуху и до 50-80% — по питанию. Главные цели Международного центра замкнутых экологических систем — изучить принципы функционирования таких систем различной степени сложности и разработать научные основы их создания.
Одним из громких экспериментов, симулирующих перелёт к Марсу и возвращение на Землю, был «Марс-500». В течение 519 дней шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе. Эксперимент организовали Рокосмос и Российская академия наук, а партнёром стало Европейское космическое агентство. На “борту корабля” были две оранжереи — в одной рос салат, в другой — горох. В данном случае целью было не вырастить растения в приближенных к космическим условиям, а выяснить, насколько растения важны для экипажа. Поэтому дверцы оранжереи заклеили непрозрачной плёнкой и установили датчик, фиксирующий каждое открывание. На фото слева член экипажа «Марс-500» Марина Тугушева работает с оранжереями в рамках эксперимента.
Ещё один эксперимент на «борту» «Марс-500» — GreenHouse. В видео ниже член экспедиции Алексей Ситнев рассказывает об эксперименте и показывает оранжерею с различными растениями.
У человека будет много шансов умереть на Марсе. Он рискует разбиться при посадке, замёрзнуть на поверхности или же просто не долететь. И, конечно, умереть от голода. Растениеводство необходимо для образования колонии, и учёные и космонавты работают в этом направлении, показывая удачные примеры выращивания некоторых видов не только в условиях микрогравитации, но и в имитированном грунте Марса и Луны. У космических колонистов определенно будет возможность повторить успех Марка Уотни.