Что вырастили 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.
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.
Космические фермеры: как и зачем выращивать свежие овощи в космосе
7 сентября 2016 года в казахстанской степи приземлился корабль «Союз ТМА-20М», доставивший на Землю космонавтов Алексея Овчинина и Олега Скрипочку, которые провели на орбите полгода. Как только Овчинин выбрался из спускаемой капсулы, коллеги вручили ему свежий арбуз: именно об этом космонавт заранее попросил их. Овчинин не единственный обитатель МКС, скучавший по фруктам. Многие работники станции говорят, что сильнее всего в долгих миссиях не хватает именно привычной неконсервированной еды. Узнаем, как правильно поливать рассаду в невесомости, можно ли удобрять почву других планет экскрементами и как ученые предлагают с помощью водорослей сделать Марс пригодным для жизни.
Зачем космонавтам овощи и фрукты?
Мы с детства помним, что «лук от семи недуг», а «яблоко на ужин — и доктор не нужен», иными словами, фрукты, овощи и зелень — основа здорового питания и источник жизненно важных веществ. Всемирная организация здравоохранения советует взрослым съедать около 400 граммов овощей и фруктов каждый день. Конечно, овощи есть в составе консервированной пищи космонавтов, но со свежими хрустящими плодами на Земле ее не сравнить. С каждым грузовым кораблем на МКС отправляют овощи и фрукты, однако посылок с Земли хватает ненадолго.
К тому же со временем замороженная пакетированная пища просто надоедает.
Космонавт Антон Шкаплеров говорит: «Рацион очень разнообразный… Но всё это, конечно, не свежее: либо в консервах, либо восстановленное. Через месяц-два это всё приедается и толком ничего есть не хочешь, аппетита нет как такового… ешь просто потому, что надо есть».
Это не просто грустно — из-за недостатка аппетита космонавты часто теряют в весе, замечает норвежский биолог Силье Вольф. Эти проблемы во многом могут решить собственные грядки на борту.
Космические огороды полезны и для психики астронавтов. Источников постоянного стресса у них предостаточно: это и высокий риск, и нестандартные ситуации в работе, и даже замкнутое пространство станции, где сложно хотя бы ненадолго остаться наедине с собой. Известно, что садоводство помогает снизить проявления депрессии и уровень тревожности, а также улучшает субъективное ощущение благополучия. Ученые из Университета Флориды собрали свидетельства советских и американских космонавтов и пришли к выводу, что это работает и в условиях орбитальных станций. Например, американку Пегги Уитсон, проводившую на МКС эксперимент с соей, изумила собственная реакция на ростки в бортовой теплице: «Я думаю, возможность впервые за полтора месяца на станции увидеть что-то зеленое произвела на меня по-настоящему сильное впечатление».
Астронавта Дона Петтита работа с растениями впечатлила настолько, что он опубликовал в своем блоге целый дневник от лица орбитального цукини: «Ничто не сравнится с запахом живой зелени в этом лесу инженерных машин».
Сегодня технологии космического земледелия разрабатывают для станций на орбите Земли, но у биологов есть и другие цели, куда более масштабные. Исследователи и энтузиасты всё чаще говорят о колонизации других планет. В планах и проектах появляются конкретные цифры: сколько будет длиться перелет и сколько людей смогут стать первыми колонистами. Дорога, например, на Марс займет долгие месяцы, еще дольше людям придется обживать новую колонию. Как считает эксперт программы МКС в NASA Джули Робинсон, даже самые современные технологии консервации и заморозки не позволят так долго сохранять все нужные питательные вещества в пище переселенцев.
На одних консервах новому поселению не выжить, полагаться на поставки с Земли рискованно, поэтому нужны методы, которые позволят выращивать растения самостоятельно. Тестировать их придется в самых суровых условиях — ведь на том же Марсе колонистов ждет пыль вместо плодородной почвы и жесткий ультрафиолет вместо ласковых солнечных лучей, отфильтрованных земной атмосферой.
Почему садоводство в космосе — это так сложно?
Первые шаги к космическим плантациям человечество сделало еще в начале 1980-х, когда космонавтам станции «Салют-7» удалось получить семена резуховидки Таля. Это небольшое растение из семейства капустных стало для исследователей растений тем же, чем плодовая мушка дрозофила для биологии животных: полный цикл развития резуховидка Таля может пройти всего за 6 недель. С тех пор на орбите вырастили немало культур, от салата до пшеницы, но эти урожаи в лучшем случае становятся приятной добавкой к пище: полностью обеспечить овощами обитателей космических станций не удастся еще долго.
Что именно мешает создать и возделывать «шесть соток» за пределами Земли? Авторы обзорной статьи в журнале Botany Letters называют несколько причин. Самая очевидная из них — микрогравитация : и на околоземной орбите, и на потенциальных планетах-колониях сила тяжести меньше привычной нам. Слабая гравитация влияет на многие особенности развития организмов, и растения не исключение. В экспериментах, где одни и те же культуры высаживали на Земле и на МКС, некоторые виды на орбите заметно теряли во вкусе и питательности. Например, в «космических» зародышах репы Brassica rapa оказалось гораздо меньше крахмала и белка (на 24 %). Температура воздуха, влажность и уровень освещенности вокруг растений на станции практически совпадали с земными, поэтому ученые считают, что во всем виновата низкая гравитация. Возможно, дело в том, что в невесомости растения начинают «задыхаться»: вода в таких условиях обволакивает корни более толстым слоем, вызывая кислородное голодание.
Говоря об «огородах» на космических станциях, ученые настроены скорее оптимистично: большую часть этих проблем можно решить, если изучить, какие условия нужны растениям и какие виды лучше всего переносят отсутствие привычной среды.
Сложнее придется будущим колонистам других планет, ведь «почва» новых миров может преподнести много неприятных сюрпризов.
Наша земная почва, дающая жизнь растениям, — это сложная система, где одинаково важны и минералы, и органика. На Марсе, например, ситуация совсем другая. Поверхность Красной планеты покрыта реголитом — мелким песком и пылью, которые образуются, когда скальные породы разрушаются из-за ветра, колебаний температуры и ударов метеоритов. Эта пыль не просто безжизненна, для растений она опасна: в ней содержатся токсичные соединения, в том числе перхлораты — соли хлорной кислоты.
Китайские ученые выяснили, как похожая концентрация перхлоратов в воде отражается на нескольких видах растений: токсины заметно уменьшили и стебли, и корни. Кроме того, перхлораты накапливались в листьях, поэтому включить такие растения в рацион не получится. А еще соли хлорной кислоты не позволят заселить поверхность Марса земными бактериями, чтобы создать плодородный слой перегноя. Эксперименты шотландских астробиологов показали, что перхлораты усиливают бактерицидный эффект ультрафиолета, поэтому бактерии нашей почвы просто не выживут на поверхности Марса.
Возможно, от идеи огородов на марсианском реголите придется отказаться вовсе, сосредоточившись на других методах — в первую очередь на технологиях гидропоники и аэропоники.
Чем можно заменить почву
Сегодняшние способы космического садоводства можно условно разделить на те, для которых нужен относительно плотный субстрат (скажем, почва или глина), и те, где главную роль играют вода и жидкие растворы.
Установка Vegetable Production System (Veggie), которая с 2014 года снабжает МКС свежей зеленью, ближе к первому типу.
В Veggie семена прорастают в специальных подушечках, где кальцинированная глина смешана с капсулами, в которых находятся удобрения. Полимерная оболочка капсул постепенно разрушается, вовремя выпуская очередную порцию подкормки. Конструкцию освещают зеленые, красные и синие светодиоды — во время экспериментов астронавты периодически меняют режим освещения, чтобы выяснить, что лучше всего подходит определенным растениям. В установке есть система автоматического полива при помощи капилляров, но иногда астронавты поливают орбитальный огород сами. Например, так пришлось поступить Скотту Келли, чтобы спасти от неожиданной засухи цветы циннии.
Когда Veggie отслужит свое, ее планируют заменить более крупной установкой — полностью автоматической «теплицей» Advanced Plant Habitat (APH). В ней можно будет регулировать множество параметров, в том числе влажность, давление, освещенность, объем подаваемого кислорода и питательных веществ, и даже измерять температуру отдельных листьев. В NASA любят говорящие аббревиатуры, поэтому систему контроля множества параметров назвали PHARMER (Plant Habitat Avionics Real-Time Manager in Express Rack). Исследователи из Космического центра Кеннеди уже продумали первые эксперименты с участием APH.
Исследователи намерены привезти на Землю семена, созревшие на МКС, прорастить их в лаборатории и вернуть новое поколение семян на станцию, чтобы выяснить, как на них скажутся такие сильные перепады гравитации.
Немало экспериментов провели и космонавты российского сегмента МКС. С 2002 по 2011 год в автоматической оранжерее «Лада» выросли два сорта ячменя, редис, «японская капуста» мизуна, карликовая пшеница и карликовый же горох. Эти опыты показали, что многие важнейшие функции растений, например оплодотворение и формирование зародышей, в космосе не меняются.
Несколько лет назад в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН создали новую оранжерею «Лада-2», в которой планировали выращивать пшеницу, салат и сладкий перец. К сожалению, «Лада-2» погибла при аварии грузового корабля «Прогресс МС-04» в 2016 году. Создавать новую оранжерею взамен утраченной в ИМБП не планируют: процесс займет несколько лет, к этому моменту цикл работы МКС может подойти к концу. Сейчас российские космонавты проводят эксперименты на оборудовании американского сегмента станции. Возможно, в будущем в космос отправится другая российская разработка, оранжерея «Витацикл-Т» с вращающимся цилиндром внутри.
Просто добавь воды: гидро- и аэропоника
Необходимость использовать для «грядок» почву или глину — скорее недостаток в условиях космического перелета. Твердый субстрат много весит, емкость грузовых кораблей и отсеков всегда ограничена, к тому же на станции частицы земли могут попасть в вентиляцию, а на будущих планетах-колониях подходящей почвы не найти. Поэтому исследователи всё чаще смотрят в сторону методов, в которых зелень и овощи растут в воде, — гидропоники и аэропоники.
«Огород» в жидком растворе, богатом питательными веществами, — идея далеко не новая, о таком способе писал еще Фрэнсис Бэкон в начале XVII века. С тех пор появилось множество методик садоводства без использования почвы, так что создателям космических технологий есть из чего выбирать. Например, можно держать корни в воде постоянно или использовать методику прилива-отлива, а также использовать разнообразные субстраты, удерживающие нужное количество жидкости.
Гидропонику и аэропонику уже давно успешно используют на Земле. Они позволяют собирать урожаи даже в экстремальных условиях — например, в Антарктике.
Ученые из немецкого Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера уже несколько лет выращивают огурцы, помидоры, сладкий перец и зелень на антарктической станции Neumayer-Station III.
Аэропоническую теплицу обустроили в отдельном здании, и, когда метель не дает ученым добраться туда из основного строения, поливом и освещением могут дистанционно управлять их коллеги из Германии. Биологи говорят, что одна из основных задач их работы — подготовить новые методики садоводства для тестирования в космических условиях.
Как на вулкане: эксперименты c аналогами реголитов
Несмотря на перспективы гидропоники, среди ученых есть и сторонники садоводства на основе грунта других планет. Такие эксперименты с 2013 года идут в Нидерландах. Биологи из Вагенингенского университета выращивают овощи в искусственном грунте, максимально напоминающем по составу реголиты с поверхности Марса и Луны. «Марсианский» грунт делают из вулканического пепла и песка с Гавайев, а «лунный» — из песка пустыни в Аризоне. Чтобы повторить текстуру реголита, материал дополнительно измельчают в пыль.
Ученые собрали уже более десятка урожаев, в их продуктовой корзине помидоры, горох, редис, рожь, зеленый лук и другие растения. Первые тесты показали, что уровень токсичных тяжелых металлов в овощах не превышает допустимые нормы (впрочем, новые урожаи еще проверят много раз).
В 2017 году в марсианский образец грунта поселили червей, и они не только выжили, но и дали потомство.
Руководитель проекта Вигер Вамелинк говорит, что дождевые черви могут стать важнейшим звеном земледелия на других планетах: они обогащают почву биогумусом, а их ходы помогают воде и воздуху лучше проникать в грунт.
Конечно, прогнозы Вамелинка очень оптимистичны. Условия на Красной планете суровые: растениям нужно будет не просто выжить в пылевом грунте, но и устоять перед натиском ультрафиолета — уровень излучения на Марсе намного выше, чем на Земле, поскольку нашу планету защищает озоновый слой. Не стоит забывать и о токсичных перхлоратах: неизвестно, найдется ли способ очистки грунта и сколько это будет стоить. Впрочем, даже если разбить на Марсе огороды по методу Вамелинка не выйдет, результаты его работы пригодятся на Земле — например, помогут выявить растения, дающие стабильный урожай на вулканических почвах.
Новая Земля: проекты терраформирования других планет
Каждый из этих экспериментов — маленький шаг к будущему космического садоводства, но среди ученых есть и те, кто мыслит по-крупному. Сторонники идеи терраформирования предлагают не ограничиваться небольшими огородами и теплицами: они намерены с нуля создать на какой-либо другой планете условия, пригодные для жизни земных растений и животных. Проблема в том, что найти вторую Землю непросто: начинать придется даже не с нуля, а с серьезного «минуса».
Самый популярный кандидат на роль Земли 2.0 — конечно, Марс. Он находится по космическим меркам недалеко от нас, обладает запасами водяного льда и атмосферой — очень разреженной, но все-таки способной хоть немного защитить от радиации. Проекты терраформирования в основном фокусируются как раз на уплотнении атмосферы. Например, группа Джима Грина, директора отдела по изучению планет NASA, предложила окружить Красную планету оболочкой искусственного магнитного поля. Создавать его, по плану Грина, будет космический аппарат, находящийся в точке Лагранжа L1 между Солнцем и Марсом. Как именно должно работать это устройство, астрофизик не уточнил.
По словам Грина, магнитный щит «растопит» замерзший углекислый газ в ледяных шапках на полюсах Марса, это запустит парниковый эффект, и температура на планете может подняться на несколько градусов. Этого хватит, чтобы растопить часть водяного льда, а также постепенно поднять атмосферное давление, приближая Марс к земным условиям. Впрочем, в 2018 году эксперты NASA заявили, что «разогреть» Марс с помощью CO2 не выйдет — по крайней мере, при сегодняшнем уровне технологий. По словам Брюса Якоски и Кристофера Эдвардса, на Марсе не хватит углекислого газа для воплощения подобных проектов.
Еще одна смелая идея — изменить марсианскую атмосферу с помощью цианобактерий (синезеленых водорослей). Эти небольшие организмы способны к фотосинтезу: считается, что именно они «надышали» значительную часть того кислорода, который способствовал «кислородной революции» в начале протерозоя. В 2018 году международная группа ученых выяснила, что цианобактерии могут производить газ при очень низком уровне освещенности.
Синезеленые водоросли способны выдержать очень суровые условия, некоторые из них являются экстремофилами — возможно, какие-то из них выживут и на Марсе.
Пока терраформинг остается скорее мечтой, чем конкретной стратегией. Но авторы этих концепций сходятся во мнении: земные технологии быстро развиваются, и спустя десятилетия мы сможем говорить об освоении других планет куда конкретнее. Кто знает, вдруг и марсианские яблони станут реальностью?