Содержание
- Зачем космонавтам овощи и фрукты?
- Почему садоводство в космосе — это так сложно?
- Чем можно заменить почву
- Просто добавь воды: гидро- и аэропоника
- Как на вулкане: эксперименты c аналогами реголитов
- Новая Земля: проекты терраформирования других планет
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».
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.
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.
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.
Еще более перспективной может оказаться аэропоника: в этом случае корни растений находятся не в воде или субстрате, а в воздухе. Рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора. Так растения получают и питание, и достаточное количество кислорода — риск задушить урожай слоем воды намного ниже, чем в случае с классической гидропоникой. Уменьшается и риск болезни растений, так как опасные микроорганизмы часто поселяются в воде или влажном субстрате.
Гидропонику и аэропонику уже давно успешно используют на Земле. Они позволяют собирать урожаи даже в экстремальных условиях — например, в Антарктике.
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.
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).
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.
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.
