Что выращивают на мкс
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.
Космическая фабрика для всего: как и зачем на МКС выращивают еду, органы и кости
На МКС регулярно производят эксперименты про производству разных типов овощей, зелени и даже костных структур. Следующее амбициозное решение — сделать на околоземной орбите органоиды и доставить на Землю для изучения. Рассказываем, как проходят такие эксперименты и зачем.
Читайте «Хайтек» в
Сельское хозяйство на МКС
Космонавты проводят на МКС месяцы и в их обычном рационе мало фруктов, овощей и зелени — обычно их привозят с Земли грузовыми посылками. Из-за этого дефицита они иногда теряют в весе и могут перестать испытывать чувство голода. Поэтому ученые уже давно задумались о том, чтобы выращивать на околоземной орбите все необходимое. Также эти методики в перспективе помогут при колонизации планет.
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-го в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.
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.
Но все эти эксперименты не обошлись без сложностей, с которыми мы на Земле не сталкиваемся во время садоводства:
Нетипичные методы выращивания овощей и зелени в космосе
Грядки, почва и глина много весят, поэтому ученые искали способы исключить его из процесса выращивания. Исследователи все чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.
Можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.
Тут корни растейний находятся не в воде, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора.
В этом случае вода и удобрения для гидропонных установок берутся из отходов жизнедеятельности экипажа.
Например, моча астронавтов может стать основой азотных удобрений, такой опыт уже провели на Земле итальянские ученые. Но в реальности перейти на эту технологию не так просто. В экскрементах астронавтов может обнаружиться, например, избыток некоторых металлов.
Космические кости: на МКС вырастили фрагмент скелета
В ноябре 2019 года российские ученые впервые вырастили фрагменты костной структуры в условиях невесомости. В ходе экспериментов на МКС были изготовлены образцы ткани из кальций-фосфатной керамики, которые заселили живыми клетками.
В настоящее время их всесторонне изучают на Земле. В будущем технология позволит создавать костные импланты для пересадки космонавтам, находящимся в дальних межпланетных экспедициях.
Идея звучит логично, но пока сильно футуристично — чтобы оказывать специализированную медицинскую помощь. По мнению экспертов, необходимо создавать новые средства космической медицины, в том числе для формирования тканей организма в условиях невесомости. В будущем их можно будет пересадить космонавтам, если они заболеют или получат травму.
В исследовании использовали биосовместимые материалы на основе кальций-фосфатной керамики: она по своему составу практически идентична неорганической составляющей настоящей кости.
Уникальные свойства разработки достигаются за счет самоорганизации материала при физиологических температурах, отметил директор Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН Владимир Комлев.
Прибор работает по технологии магнитной левитации в невесомости, при которой объект создается не послойно, как в обычных 3D-принтерах, а сразу со всех сторон — по принципу лепки снежка.
С помощью такого способа производства космонавтам удалось сформировать из керамических частиц фрагмент костной ткани сфероидной формы. После чего фрагменты начали взаимодействовать друг с другом, образуя устойчивые химические связи
В настоящее время ученым удалось решить сложную задачу обработки материала с помощью биофабрикационных технологий, которые подразумевают искусственное создание биологических объектов.
Однако по сравнению с пластиковыми и металлическими аналогами керамика является более хрупкой основой, использование которой в ряде случаев может потребовать дополнительного упрочнения импланта.
Как пройдет эксперимент по выращиванию органов на МКС
Исследователи из Космического центра Цюрихского университета совместно с Airbus в рамках полета по пополнению запасов отправили на МКС стволовые клетки человека для выращивания органоидов, — мини-копий человеческих органов.
Проект получил название «3D-органоиды в космосе». Он был разработан исследователями Цюрихского университета Оливером Ульрихом и Корой Тиль, которые изучили, как гравитация влияет на человеческие клетки. Команда Airbus Innovations, в свою очередь, разработала необходимое оборудование и обеспечивает доступ к МКС.
Органоиды — постоянные части клетки, выполняющие определенные функции. На искусственных трехмерных органоидах можно проводить токсикологические исследования, это позволит исключить эксперименты на животных. Также органоидами можно заменять фрагменты ткани при лечении поврежденных органов.
Исследователи отмечают, что на Земле выращивать трехмерные органоиды невозможно из-за силы земного притяжения.
На Земле нельзя вырастить трехмерные органоиды без какого-либо поддерживающего каркаса. В космосе, где нет гравитации, эта проблема решается сама собой.
Кора Тиль, ученый и биолог
Во время следующей миссии на орбиту отправят тканевые стволовые клетки двух женщин и двух мужчин разного возраста. Исследователи проверят, насколько надежен их метод при использовании клеток с различной биологической изменчивостью.
Также ученые планируют, что в будущем на МКС будет мастерская по производству человеческих тканей, которые можно использовать на Земле в научных целях и в медицине.
Успешное проведение данного эксперимента станет настоящим прорывом для медицины. С одной стороны, фармацевтические компании смогут проводить токсикологические исследования сразу на тканях человека, без необходимости проведения экспериментов на животных. Кроме того, в будущем органоиды, выращенные из стволовых клеток пациентов, могут быть использованы для трансплантации — возможно, это поможет удовлетворить мировой спрос на донорские органы.
Овощи для астронавтов: как растят свежую зелень в лабораториях НАСА
Астронавт Скотт Келли на фоне системы Veggie с выросшим на МКС салатом
Человеку для того, чтобы хорошо себя чувствовать, нужно не так уж и много: здоровый сон, физические упражнения, качественное питание и еще пара вещей. Питание здесь один из критических факторов. И этот фактор становится еще более важным, если речь идет о самочувствии человека на орбите. Отправляясь на орбиту на несколько месяцев, астронавты должны получать качественное питание со сбалансированным содержанием полезных веществ, включая витамины. Ну, а лучший способ получить витамины — включить в рацион свежие овощи и фрукты.
С фруктами дело обстоит не слишком хорошо (хотя время от времени они попадают на МКС), а вот овощи астронавты сейчас получают регулярно. Кроме того, специалисты НАСА разрабатывают программу выращивания растений прямо на МКС (часть программы уже реализована) или на борту космического корабля, который летит, к примеру, на Марс. Путешествие к Красной планете займет несколько месяцев, а доставлять на борт корабля продукты с Земли, как это делается для астронавтов на борту МКС, не получится. Поэтому ученые пришли к выводу, что следует научиться выращивать часть продуктов прямо на корабле.
Разработкой программы «фермы в космосе» занимается группа исследователей из Космического центра имени Джона Фицджеральда Кеннеди (Флорида, США).
Первые опыты уже показали неплохой результат: выращивать салат латук на борту МКС научились. Его вкусовые качества оказались вполне приемлемыми. Выращивание растений в космосе стало возможным благодаря специальной системе, разработанной НАСА. Эта система получила название Veggie. Ее впервые доставили на МКС в апреле 2014 года. А уже в августе 2015 в меню астронавтов была включена свежая зелень, выращенная в условиях микрогравитации.
И это не единственная система для выращивания растений на МКС. К примеру, в российском сегменте Международной космической станции работает космическая оранжерея «Лада», созданная специалистами Института медико-биологических проблем РАН.
Кроме Veggie и «Лада», существуют и другие разработки. НАСА сейчас активно развивает проект Advanced Plant Habitat (APH), в рамках которого идет создание еще одной системы по выращиванию растений в условиях микрогравитации. Внешне система похожа на увеличенную в несколько раз микроволновку. Внутри нее — микроклимат, который специалисты могут контролировать. В частности, можно изменять содержание кислорода, питательных веществ, заменять одни питательные вещества другими.
Новая система себе показала неплохо: ученым удалось уже вырастить Arabidopsis, это вид, близкий к капусте. В качестве освещения используется набор светодиодов. Управляет всем специальный компьютер, поскольку человеку контролировать все показатели достаточно сложно, а если речь будет идти о работе такой системы на орбите, то у астронавтов просто нет времени на то, чтобы уделять много внимания космической ферме.
По словам разработчиков, APH представляет собой «старшего брата Veggie». Компьютерная система, о которой шла речь выше, может автоматически настраивать микроклимат для выращивания различных видов растений. Вскоре Veggie заменят этой системой, ее планируют доставить в ходе нескольких последующих полетов к МКС. Одна из задач ученых, которые занимаются разработкой APH — вырастить на орбите некоторые виды растений, получить их семена, доставить их на Землю, снова вырастить, получить семена, отправить семена на МКС. На станции из этих семян снова получат растения, которые будут внимательно изучены. Таким образом, специалисты хотят понять, выдержат ли семена и растения транзит между МКС и Землей с постоянно изменяющейся гравитацией.
Один из руководителей проекта APH рассказывает о принципе работы системы (она тоже на фото). Источник: Daniel Oberhaus/Motherboard
Кроме APH, участники проекта разрабатывают и другие системы, где тестируются некоторые условия, характерные для МКС. В Космическом центре Кеннеди создано несколько помещений, в которых, наравне с другими параметрами, можно контролировать влажность или уровень углекислого газа. В этих помещениях тоже выращивают растения, чтобы проверить, как происходит их рост и развитие в условиях, отличных от земных (земной остается лишь гравитация). Здесь также изучаются растения, которые были выращены на МКС, а затем доставлены на Землю. В прошлую пятницу астронавты на МКС собрали очередной урожай. Пока что эти эксперименты проходят успешно, растения чувствуют себя хорошо. Астронавты же самостоятельно получают необходимое для питания количество овощей — пока это лишь салат и пекинская капуста.
Так выглядит пекинская капуста, выращенная на Земле, с повторением условий МКС
Интересный момент: на орбите, в условиях микрогравитации чувство вкуса у человека притупляется. Поэтому, чтобы получить больше удовольствия от еды, астронавтам нужны продукты с более высоким содержанием специй, соли и других компонентов, чем на Земле. Это одна из причин, по которой на МКС выращивают пекинскую капусту. У нее более резкий, ярко выраженный вкус, чем у того же салата. Плюс она быстро растет, а количество питательных веществ в ней выше, чем в некоторых других овощах.
НАСА изучает и долгосрочные аспекты выращивания растений в космосе. Этим занимается отдельная группа специалистов во главе с Ральфом Фритсше (Ralph Fritsche). По его словам, Veggie — лишь первый эксперимент в череде схожих проектов. APH — исследовательская платформа. Ученые должны понимать, что будет происходить в космосе с растениями, которые имеют долгий ряд «предков», не знавших никаких условий, кроме космоса. К сожалению, микрогравитацию ученые воспроизвести в своих лабораториях не в состоянии, но все остальные параметры микроклимата МКС можно воспроизвести без проблем.
Что касается микрогравитации, то провести проверку роста и развития растений в таких условиях очень важно, поскольку эти условия значительно отличаются от земных. Например, при микрогравитации вода ведет себя вовсе не так, как на Земле. На планете влага просачивается в грунт, где ее впитывают корни растений. А вот в космосе поливать тот же салат обычным способом нельзя. Вода просто соберется в шар и будет плавать по воздуху. Есть проблемы и с доставкой кислорода к тканям растений. Эти вопросы постепенно решаются, и НАСА уже реализовала ряд систем, которые помогают смоделировать эти особенности микрогравитации на Земле.
В числе прочих оригинальных решений инженеры НАСА предложили использовать специальный нейлоновый субстрат, созданный при помощи 3D принтера. Он играет роль почвы. Субстрат сформирован в виде куба. Семена располагаются в верхней части куба, а вода проникает в поры и задерживается в субстрате. Нейлон — гидрофильное соединение, так что молекулы воды, «прилипая» к молекулам нейлона, не выходят наружу, влага попадает туда, где нужна. Корни растений, проникая в куб, разветвляются и получают влагу в нужном для растения количестве. Ученые планируют проверить поведение своей системы в условиях микрогравитации в ходе полетов на спец. самолете НАСА. Если эксперимент пройдет удачно, нейлоновая ферма отправится на МКС для проведения дальнейших опытов. В этом проекте инженерам НАСА помогают ученые из Университета Юты.
Эта же система, по мнению Фритсше, подходит и для выращивания растений на Марсе. Там их растить будет даже проще, чем на МКС, поскольку на красной планете есть гравитация. Вода и газы ведут себя там таким же образом, как и на Земле.
Сейчас основная задача специалистов — добиться максимального увеличения массы растений за единицу времени, при минимальных затратах таких ресурсов, как вода и питательные вещества. В будущем, уверены в НАСА, системы типа APH будут распространены и на орбитальных станциях и на других планетах. Колонисты Марса, например, при помощи ферм типа APH смогут получать необходимые овощи к своему столу. Субстрат для растений, по словам Фритсше, может повторять текущую разработку — а 3D принтеры у колонистов будут.
Правда, есть и другие мнения. Так, ученые из Голландии с 2013 года проводят эксперимент по выращиванию растений на грунте, который, как они считают, аналогичен по структуре и составу грунту Марса. На этой среде выращено уже более десяти урожаев разных видов растений. Как оказалось, содержание тяжелых металлов в тканях выращенных растений не опасно для человека.
В целом, тематика космических ферм сейчас становится все более актуальной, поскольку люди планируют лететь не только на Марс, но и на Луну. Здесь тоже есть грунт, а если те же китайцы или индийцы будут добывать гелий-3, то им придется основывать на спутнике Земли долгосрочные поселения. Жителям таких поселений свежие овощи к столу также будут нужны.