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 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.
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.
Космическая растениеводство не ограничивается экспериментами в невесомости. Человеку для колонизации других планет придётся развивать сельское хозяйство на грунте, который отличается от земного, и в атмосфере, имеющей иной состав. В 2014 году биолог Майкл Маутнер вырастил спаржу с картофелем на метеоритном грунте. Чтоб получить пригодную для выращивания почву, метеорит был размолот в порошок. Опытным путём он сумел доказать, что на грунте внеземного происхождения могут произрасти бактерии, микроскопические грибы и растения. Материал большинства астероидов содержит фосфаты, нитраты и иногда воду.
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.
Номинация
Эксперимент в космосе
РАСТЕНИЯ В КОСМОСЕ
Сергеева Анастасия
Средняя общеобразовательная школа №6
Научный руководитель:
учитель физики
СОШ № 6 г. Шумерля
г. Чебоксары, 2010
Основополагающий вопрос:
Насколько важно выращивать в космосе растения и строить для них теплицы, оранжереи?
Цель: Узнать о поведении наших «зеленых братьев» в космосе.
Задачи:
Изучить мнение ученых, космонавтов о строительстве в космосе теплиц и оранжерей; Узнать о современных возможностях создания теплиц и оранжерей в космосе; Составить собственное рассуждение на эту тему и сформулировать выводы.
Методы исследования:
1. Поиск и сбор материала (Книги, Интернет-ресурсы, фотоматериалы).
2. Свой эксперимент с выращиванием фасоли;
3. Оформление исследовательской работы.
Полученный результат:
Исследовательская работа,
Введение……………………………………………………………………………………………….3
Основная часть:
«Лада» - маленькая, да удаленькая………………………………………………..............................4
Надежды и разочарования…………………………………………………………………………....5
Поиски ведут к успеху………………………………………………………………………………..6
К внеземным оранжереям будущего………………………………………………………………...7
Не только полезно выращивать растения, но и выгодно!................................................................7
Мутаций нет…………………………………………………………………………………………...8
Как много значит для человека природа, общение с ней!..............................................................10
Практическая часть. Эксперимент с фасолью…………………………………………………10
Заключение………………………………………………………………………………………….11
Библиографический список…………………………………………………………………….....11
Приложения………………………………………………………………………………………….12
Введение
Еще показал необходимость использования высших растений в качестве средства, призванного обеспечить дыхание и питание людей в длительных внеземных полетах. В трудах гениального ученого мы находим первые «технические условия» на создание космических оранжерей и жилых орбитальных сооружений с замкнутым экологическим циклом. А еще в 1915-1917 годах в своей московской квартире начал ставить эксперименты по созданию, как он говорил, оранжереи авиационной легкости. Во второй половине ХХ в. биология вышла за пределы земных проблем: биологические исследования стали проводиться и в космосе. То, о чем мечтали теоретики космонавтики, стало претворяться в жизнь под руководством. Эксперименты по воздействию факторов космического полета на растительные объекты начались в 1960 году на втором космическом корабле-спутнике. Тогда совершили свой полет и успешно возвратились на Землю традесканция, хлорелла, семена различных сортов лука, гороха, пшеницы, кукурузы. Культуры хлореллы летали в космос и на пилотируемом космическом корабле «Восток-5». После этого растительные организмы путешествовали в космос на всех наших космических кораблях, орбитальных станциях и биоспутниках серии «Космос». В 1962 году Главный конструктор наметил целую программу ботанических и агротехнических исследований в космосе и вскоре по инициативе Главного конструктора в Красноярске появился экспериментальный замкнутый биотехнический комплекс «Биос». Длительное время испытатели обеспечивались в нем кислородом, растительной пищей и водой за счет систем жизнеобеспечения с участием высших растений и микроводорослей.
Итак, выращивание растений - очень важный шаг в космонавтике. И в дальнейшем он поможет освоить другие планеты Солнечной Системы, а может, и всей Галактики. Люди смогут в будущем жить вне Земли.
«Лада» - маленькая, да удаленькая
В лаборатории биологических систем жизнеобеспечения Института медико-биологических проблем (ИМБП) разработали космическую тепличку – «Ладу», рассчитанную на 60 Вт, стоящую 50 тысяч долларов. if(docid!=221589){toggleElement("anons221589");} Глядя на маленькую, размером с микроволновку установку, дилетанту не понять, во что там вложены такие деньги. "Лада" состоит из собственно теплицы, снабженной двумя мини-компьютерами, блоками выращивания, емкостей для воды. Первым на борту МКС зацвел зеленый японский салат Мизуна. Сотрудник лаборатории, доктор биологических наук Маргарита Левинских выбрала растение из сотен других за неприхотливость, быстроту роста, вкусовые качества и большое содержание витаминов . Салат оправдал доверие: на борту МКС он пользуется огромным успехом. Командир российского экипажа Валерий Корзун, первым снявший дегустацию космического растения, признался, что готов был съесть весь кустик.
Подобные эксперименты российские специалисты проводят уже не первый год. На борту станции "Мир" в оранжерее "Свет", например, длительное время росла пшеница. Были планы продолжить опыты на других злаковых. Космонавты даже шутили, что скоро будут печь хлеб в космосе… Увы, уникальная аппаратура "Мира" погибла в океанских водах, однако опыт работы остался. Он и был использован при разработке "Лады".
"Это живой, постоянно развивающийся эксперимент, - рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории, кандидат технических наук Игорь Подольский. - По возможности мы будем досылать на МКС новые корневые модули, менять освещение, саму программу… Таким образом, собираемся исследовать влияние факторов космического полета на рост и развитие растений, отрабатывать технологии их культивирования в условиях космического полета. Ведь там все иначе, чем на Земле".
Возникает вопрос: а зачем вообще все это нужно? Разве на родной планете мало заброшенных полей, где можно выращивать тот же салат или горох не крошечными кустиками, а целыми плантациями?
"Если мы сочтем целесообразным освоение человеком космического пространства, то признаем и важность создания биологических систем жизнеобеспечения, - говорит Подольский. - Люди без растений долго не протянут. Чтобы длительно существовать вне Земли, нужны "зеленые братья". Это и пища, и мощный психологический фактор. Если среди металла на борту станции теплится маленький зеленый кустик, космонавт не так тоскует по дому. Кроме того, это тест на состояние окружающей среды: известно, что растения более ранимы к внешним факторам, чем животные. На станции "Мир" пшеница долго плохо росла. Причина выяснилась случайно: на станции появились установки по сжиганию метана, а заодно с ним снизилось содержание в воздухе этилена, - растение вдруг вовсю заколосилось. Космонавты не чувствовали повышенного содержания этих веществ, а вот пшеница хворала".
Маргарита Левинских считает, что растения каким-то образом улавливают эмоциональную информацию из внешнего мира. А в космосе человек и растения становятся более привязанными друг к другу.
Связь с живой природой помогает оставаться людьми даже вдали от голубой планет. Все как у Маленького принца Экзюпери, который нежно любил свою розу, думая, что она - единственная на целом свете. Для него так оно и было, хотя вдали, на другой планете, росли целые сады таких же роз". Существует мнение, что "космические семена" приобретают необычайные лечебные и питательные свойства, могут исцелить тело и душу человека. "На самом деле подобной информацией мы пока что не располагаем, - говорит Подольский. - Хотя, возможно, в недалеком будущем откроются не менее фантастические перспективы. Американские ученые уже пытаются создавать наземные модули оранжерей для выращивания растений на других планетах. Есть подобные разработки - правда, пока на бумаге - и у российских ученых. Так что, похоже, мечты отца отечественной космонавтики Константина Циолковского о космических поселениях когда-нибудь сбудутся.
Надежды и разочарования
В 1971 году на корабле «Союз-10» за пределы Земли отправилась установка «Вазон» с двумя тюльпанами. Но, к сожалению, стыковки со станцией «Салют» не произошло, распустившиеся цветы могли наблюдать уже на Земле лишь специалисты группы поиска.
На орбитальной станции «Салют-4» стоял довольно совершенный «Оазис», снабженный телеметрической и кинорегистрирующей системами. Исследования велись с горохом.
Поначалу многое не ладилось, - рассказывает космонавт Георгий Гречко.
Вода не поступала туда, куда было нужно, затем стали срываться огромные капли, и за ними пришлось гоняться с салфетками. Но в целом эксперимент удался, были получены взрослые, двадцатитрехдневные растения. Правда, цветов не было, но фильм с замедленной съемкой динамики роста растений снять удалось. Именно Гречко одним из первых свидетельствовал о психологической поддержке, которую космонавты получали у растений. Сам он, особенно к концу полета, старался при каждом удобном поводе подплыть к оранжерее, чтобы лишний раз бросить взгляд на зеленых друзей. Иногда он ловил себя на том, что делает это неосознанно.
Проведенный на Земле анализ показал, что, несмотря на внешнее сходство с контрольными, растения отличались по структуре клеток, биохимическому составу, ростовым характеристикам. Это, казалось, подтверждало скепсис тех ученых, которые и до того уже сомневались в возможности нормального роста растений в условиях невесомости. Дальнейшие эксперименты по культивированию растений в длительных космических экспедициях тоже не принесли ничего утешительного. У пшеницы и гороха никак не удавалось получить не только семян, но даже цветов. На стадий их образования растения просто погибали. И этот факт давал основание говорить о принципиальной невозможности роста и развития растений в условиях космического полета. Тогда-то к решению проблемы и подключились опытные научные коллективы , возглавляемые академиком, академиком АН Литовской ССР и академиком АН Украинской ССР. Прежде всего решили выяснить, влияет ли тут именно невесомость или же другие факторы, например, технология культивирования. Ведь сама эта технология для столь необычных условий еще только создавалась. А на нее-то невесомость оказывала явное влияние. Ведь при отсутствии гравитации водо - и газообмен у растений происходит по-иному, возникает проблема отвода метаболитов и обеспечения нужного теплового режима, поскольку естественная конвекция тоже отсутствует. Вновь попытались вернуться к культивации растений, в лукавицах которых сосредоточен почти полный запас необходимых для развития веществ.
Летом и осенью 1978 года во время полета космонавты В. Коваленок и А. Иванченков выращивали лук двумя способами: научным и, «как в деревне Белой», откуда был родом командир корабля.
Лук растет в двух сосудах, один по вашей методике, а другой по моей, крестьянской, - докладывал В. Коваленок. - Если его сверху не обрезать, то он начинает гнить, а если подрезать, растет хорошо, не гниет. В репортаже по телевидению командир шутил: «Сельхозтехника лучше работает, это мы проверили в результате соцсоревнования. Наш лучок-то растет быстрее, чем научный!» Но увы, ни по той, ни по другой методике строптивое растение до цветения довести так и не удалось.
На следующий год в Главном ботаническом саду АН СССР в установке под названием «Лютик» подготовили для выгонки на борту станции «Салют-6» тюльпаны. Им оставалось только распуститься в космосе, но этого-то они и «не захотели» сделать. Почему - понять до сих пор не удалось. Аналогичная установка почти в то же время побывала на Северном полюсе. И когда там появилась лыжная экспедиция под руководством И. Шпаро, тюльпаны порадовали отважных путешественников ярким пламенем своих цветов.
Поиски ведут к успеху
Но почему же растения так и не цветут? Чтобы ответить на этот вопрос, во время последних экспедиций на «Салюте-6» и на новой станции «Салют-7» было проведено много экспериментов с целым набором оригинальных устройств для культивирования растений. Вот их перечень: малая орбитальная оранжерея «Фитон» на борту станции «Салют-7», где впервые арабидопсис прошел полный цикл развития и дал семена, малая орбитальная оранжерея «Светоблок», в ней на борту станции «Салют-6» арабидопсис впервые зацвел, бортовая оранжерея «Оаэис-1А» станции «Салют-7», бортовая установка «Биогравистат» с вращающимися и неподвижными дисками для экспериментов по проращиванию семян в условиях искусственной силы тяжести. Конструкторы и ботаники предусмотрели систему дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корневой зоны, смены перемещения вегетационных сосудов с растениями относительно источника автономного освещения.
Нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Прежде всего в «Оазисе» попытались применить стимуляцию электрическим полем. При этом исходили из предположения, что геотропическая реакция связана с биоэлектрической полярностью тканей, вызванной электромагнитным полем Земли. В космических экспериментах это предположение подтвердилось лишь частично.
Исследования велись и в других направлениях. Например, проростки некоторых растений выращивались на небольшой центрифуге «Биогравистат». Она создавала на борту корабля постоянное ускорение до 1 g. Оказалось, что в физиологическом смысле центробежные силы адекватны силе тяжести. В центрифуге проростки отчетливо ориентировались вдоль вектора центробежной силы. В стационарном блоке, напротив, наблюдалась полная дезориентация всходов.
А в устройстве «Магнитогравистат» изучалось ориентирующее действие другого фактора - неоднородного магнитного поля. Его влияние на проростки креписа, льна, сосны тоже компенсировало отсутствие гравитационного поля. Словом, упорству исследователей можно было позавидовать. Наконец, пришел успех. И выпал он на долю маленького, невзрачного растения арабидопсиса. Имея цикл развития всего около 30 дней, оно прекрасно растет на искусственных почвах. Во время последней экспедиции на «Салюте-6» арабидопсисы зацвели в камере установки «Светоблок». На станции «Салют-7», где работали А. Березовой и В. Лебедев, эксперимент по культивированию арабидопсиса подготовили особенно тщательно. Там была герметичная камера «Фитон-3» с пятью кюветами и своим . В кюветах - субстрат из агара, содержащий до 98% воды. По мере роста растений они могли отодвигаться от источника света. Семена с помощью сеялки-пушки посеяли сами космонавты. Вначале растения росли медленно. Но вот 2 августа 1982 года В. Лебедев сообщил:
Появилось много, много бутонов и первые цветы. Прибывшей на станцию Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов арабидопсиса. Она тщательно зарисовала его. При подсчете на Земле в стручках обнаружили 200 семян.
Этот опыт опроверг мнение о невозможности прохождения растениями в невесомости всех стадий развития - от семени до семени.
Правда, арабидопсис - самоопылитель, оплодотворение у него происходит еще до раскрытия бутона. Но все же успех огромен. И это успех не только научного коллектива Института ботаники АН Литовской ССР, возглавляемого академиком, но также космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Теперь можно говорить, что космическое растениеводство родилось практически, и оценивать его перспективы.
К внеземным оранжереям будущего
Вернувшийся из 211-суточного полета Валентин Лебедев на вопрос: - Нужна ли в длительном полете оранжерея? - ответил так: - Без сомнения, нужна. Ухаживая за растениями, ремонтируя и кое в чем совершенствуя ботанические установки, мы поняли, что без растений длительные космические экспедиции невозможны. Перед возвращением на Землю растения просто жалко было вырывать. Вынимали мы их очень осторожно, чтобы не повредить ни одного корешка.
Такие оранжереи, - считает космонавт, - займут целые отсеки внеземных станций. Ведь растениям нужна иная атмосфера, нежели людям, - с повышенным содержанием углекислоты и водяных паров. Наверное, другой должна быть и оптимальная для получения наибольшего урожая температура, а также продолжительность светового дня. А главное - им нужен настоящий солнечный свет.
Делать очень большие иллюминаторы или же целые стеклянные стены пока технически невозможно. Видимо, наряду с некоторым увеличением размеров иллюминаторов следует применить зеркальные концентраторы. Собранный ими и направленный внутрь отсека световой поток можно будет через систему световодов подводить к растениям подобно тому, как к ним подводится влага с питательными веществами. Вот тогда и исполнится предсказание Циолковского о том, что при подборе самых урожайных культур и оптимальных условий для их развития каждый квадратный метр внеземной плантации сможет полностью прокормить одного жителя космического поселения.
Все мы уверены, что так и будет!
Не только полезно выращивать растения, но и выгодно!
Чтобы растение успешно развивалось и давало больше плодов, одной богатой почвы недостаточно. Хорошо известно: чем больше листьев будет освещено солнечными лучами, тем больший урожай принесет растение осенью. Однако в посевах верхние листья, как правило, затеняют нижние, на полях с этим бороться бесполезно, но в теплицах такие попытки делались. Однако раздвигать растения по мере их роста оказалось и трудно, и дорого, поэтому экспериментировать перестали. Но потом об этом вспомнили космические ботаники, которые предложили устраивать внеземные оранжереи не на плоской, а на криволинейной поверхности. На Земле стебли растений, подчиняясь силе тяжести; вытягиваются вверх параллельно друг другу. Их космические собратья развиваются в невесомости, и направление их роста определяется только освещением. Поэтому их можно высаживать на сферические или цилиндрические «поля», окружая светильниками той же формы. Стебли растений в таких оранжереях расположатся по радиусам сферы или цилиндра и сами будут раздвигаться по мере роста. При этом освещенность нижних ярусов листьев и соответственно продуктивность посевов будут намного выше, чем на Земле. Возможность выращивания растений с радиальным расположением стеблей подтверждена в наземном эксперименте. Растения разных видов пшеницы культивировали в установке со сферической поверхностью, вращающейся вокруг трех взаимно перпендикулярных осей со скоростями порядка 2 оборота в сутки. Конечно, по первым опытам трудно судить, как пойдет дело дальше. Предстоит проверить идею в условиях реального космического полета. Но уже сейчас ее авторы подчеркивают, что «применение криволинейных посадочных поверхностей позволяет предложить весьма компактные и технологические конструкции конвейерных оранжерей для космических систем жизнеобеспечения экипажа».
Мутаций нет
На МКС получены ростки третьего поколения гороха, выращенного в орбитальных условиях. Геннадия Падалку журналисты уже называют знатным космическим агрономом. В 1999 году на станции "Мир" он вырастил первые колосья пшеницы. Космический земельный надел невелик, посевные площади до тетрадного листа не дотягивают, это в три тысячи раз меньше дачных "шести соток". Это - земной дублер космической оранжереи. На МКС - точно такая же. Здесь готовят следующий эксперимент, на очереди японская листовая капуста и редис. Главные требования к растениям-претендентам на космический полет - компактность и неприхотливость. Расти придется при скудном освещении и поливе, вода в космосе на строгом учете. Освещение оранжереи и два компьютера, которые следят за ростом растений, употребляют всего-навсего 60 ватт. Раз в неделю космонавты отправляют данные на Землю, вместе с фотографиями плантации. На станции сейчас зацветает уже третье поколение выращенного здесь гороха. Всего шесть растений, на каждом - по три стручка. Немного, но вполне достаточно для того, чтобы уже считать доказанным - в космических условиях растения не становятся мутантами. Эксперимент начался 15 месяцев назад, этого достаточно, чтобы пилотируемый корабль долетел до Марса. Ученые уже могут назвать возможные растения-претенденты.
Фиолетовые цветы заметно оживили интерьер станции.
Как показали земные эксперименты, при круглосуточном освещении растений «Фитоконвейер» может давать до 300 г свежей зелени каждые 4-5 суток, т. е. в 3 раза больше, чем при традиционной компоновке. Разработчики считают, что такая цилиндрическая конвейерная оранжерея перспективна для производства растительной продукции на марсианском корабле или орбитальной станции.
Как много значит для человека природа, общение с ней!
Зеленые растения создают хорошее настроение, отвлекают от однообразных и утомительных текущих дел, успокаивают. Плантация зеленых растений доставит большую радость экипажам космических кораблей и станций. И, не боясь преувеличения, можно предположить, что «ветка сирени» в космосе для человека будет значить гораздо больше, чем на Земле.
В оранжереях будущего растения будут снабжены специальными датчиками и приборами. Они будут не только сообщать о своем состоянии, но с помощью автоматики обеспечивать поступление воды и питательных веществ в необходимых для себя количествах. Они сами смогут регулировать микроклимат всего помещения оранжереи, подбирая наилучшие условия для своего роста. И это вполне реально, так как установлено, что все растения отвечают на изменения окружающих условий токами электрической природы - биотоками. Опыты, проведенные в лаборатории профессора Тимирязевской сельскохозяйственной академии И. Гунара, показали, что изменение температуры в зоне корней растений, а также некоторые химические вещества, воздействующие на корни, вызывают появление слабых биотоков, которые зарегистрированы чувствительными самописцами.
Для отведения биотоков использовались электроды, не травмирующие растения. Было установлено, что здоровые растения тотчас же реагировали на раздражения, на изменение условий, а больные - с задержкой, вяло. Интересно, что при воздействии на корни, например, насыщенным раствором питательных солей ответную реакцию растений в этих же опытах удавалось регистрировать на листьях. Выходит, информация об изменении условий в зоне корня была передана листьям. Значит, растения чувствуют? Вероятно.
В космических оранжереях целесообразно выращивать скороспелые овощные растения. Это однолетние растения - листовая капуста, кресс-салат, огуречная трава, укроп. Эти растения содержат значительное количество витаминов А, В1, В2, PP. В огуречной траве содержится меньше витаминов, чем в других растениях, но зато она обладает целебными свойствами, приятным запахом и вкусом свежих огурцов, что делает ее очень привлекательной для введения в рацион.
Так как в обычных условиях препараты витаминов плохо сохраняются, поэтому целесообразно их постоянно иметь в свежем виде. Значит, необходимо изучать возможности оранжереи обеспечивать потребности экипажа в витаминах в специфических условиях гермообъекта.
Растения оранжереи должны быть неприхотливыми, устойчивыми к заболеваниям и хорошо изученными в обычных условиях.
Практическая часть. Эксперимент с фасолью
На Земле стебли растений, подчиняясь силе тяжести; вытягиваются вверх параллельно друг другу. Их космические собратья развиваются в невесомости, и направление их роста определяется только освещением.
Я решила провести эксперимент с фасолью и наглядно показать, как это происходит. Я взяла семена фасоли, завернула их в мокрую марлю и поместила в стеклянную мензурку(2), при этом я периодически меняла положение мензурки. Через неделю семена проклюнулись(3) и я высадила их в грунт(4). Баночки с посаженными семенами я тоже переворачивала. Позже фасоль проросла(5).
В итоге растение росло и изгибалось во все стороны. Благодаря этой способности растения в космосе могут принести урожая больше чем на земле, вследствие компактности и отсутствия силы тяготения земли.
https://pandia.ru/text/78/432/images/image002_27.jpg" width="200" height="267 src=">
https://pandia.ru/text/78/432/images/image004_15.jpg" width="269 height=192" height="192">
https://pandia.ru/text/78/432/images/image006_14.jpg" width="272 height=192" height="192">
left" width="450 " style="width:337.85pt">
https://pandia.ru/text/78/432/images/image012_6.jpg" align="left" width="794" height="586 src=">
Теплица, которую я готовлю для дальнейших экспериментов
https://pandia.ru/text/78/432/images/image015_4.jpg" width="759 height=500" height="500">
https://pandia.ru/text/78/432/images/image017_2.jpg" align="left" width="696" height="404 src=">
Выращивание в космосе растений связано с притягательной, сегодня еще романтической, стороной освоения Вселенной человеком: - с путешествиями в дальний космос. Продуктивные космические оранжереи должны будут в таких полетах давать космонавтам кислород и пищу, а также перерабатывать (вместо «неэкономного» выброса за борт) отходы их жизнедеятельности.
Но дело тут и в другом. Человеку всегда будет нужна привычная ему земная среда. И, уходя в безоглядные космические дали, он обязательно возьмет с собой частицу родной планеты, станет заботливо выхаживать растения, включит их в свой космический интерьер. Это поможет ему сохранять психологическое равновесие. Уже сегодня наблюдение за зелеными ростками, уход за ними - любимое занятие космонавтов.
Космоботаника старше пилотируемой космонавтики. Ветка традесканции, комнатного цветкового растения, летала на орбиту еще до Гагарина, в одном из испытательных полетов будущего корабля «Восток». К нашему времени в космосе побывали представители многих растении: лук, горох, пшеница, кукуруза, капуста, укроп, салат.
«Оазис» - так назвали установки для выращивания высших растений. По космическим масштабам, это крупные приборы. Летавший на «Союзе-6» «Оазис» имел массу около 20 килограммов и габариты 455х520 миллиметров. Таким был островок растительной жизни в космической пустыне. Главная его часть - культивационный блок, в котором, собственно, и происходит выращивание растений. Произрастает посев в сосудах, на дне которых вместо привычной почвы - вкладыш, пропитанный питательным раствором.
Для нормального развития растений требуется хорошая освещенность. Поэтому установка имеет свой светильник, заменяющий растениям Солнце. Движение воздуха создает вентилятор - без этого в невесомости не обойтись. Ведь привычного нам на Земле перемешивания воздушных слоев - подъема теплых потоков и опускания холодных ввиду разницы в их весе - здесь нет.
Полив растений - процедура особая. Вода на станции хранится в специальном баке, из которого насосом подается к корням. Они, кстати, тоже нуждаются в вентиляции, поэтому время от времени проветриваются.
Вот сколько сегодня требуется всяческих ухищрений, чтобы устроить огород или сад в космосе. Вначале дело шло не столь благополучно, как хотелось бы: растения принимались расти вроде бы нормально, а потом быстро чахли, гибли. Удалось добиться цветения лишь одного из бобовых - арабидопсиса, крошечного мелкоцветкового растения, очень неприхотливого в земных условиях.
Некоторые специалисты даже поговаривали, что страшного в этом ничего нет: в космосе и не обязательно выращивать растения по полному циклу, от семени до семени; можно ограничиться получением зеленой массы наподобие выращивания кукурузы до стадии молочно-восковой спелости в умеренных и северных зонах территории Советского Союза. А новый посадочный материал легко доставлять с Земли, благо семена много места не занимают и сохраняются в течение долгого времени.
Но если растения в космосе нормально не развиваются - значит, что-то на орбите их не устраивает. А если это «что-то» в конце концов скажется на здоровье космонавтов? Оптимисты утверждали: растения на орбите плохо себя чувствуют потому, что мы пока еще не научились правильно ухаживать за ними. Сам человек сумел же приспособиться к невесомости, хотя под ее воздействием в его организме происходит значительная перестройка: жидкости перемещаются в верхнюю часть тела, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется водно-солевой баланс; эти и другие сдвиги, в свою очередь, ведут к изменениям в работе сердечно-сосудистой системы, в мышечной и костной ткани. Тем не менее с помощью различных средств профилактики (физических упражнений и специальных костюмов, о которых мы уже упоминали) и сбалансированного рациона питания удается компенсировать отсутствие привычной организму среды. В каком-то смысле человеку в космосе легче, чем растению: он может сознательно регулировать свою жизнедеятельность, восполнять в своем организме недостающие последнему продукты питания, подвергать его компенсирующим физическим воздействиям.
Долго и настойчиво работали специалисты над совершенствованием методов космического растениеводства и наконец добились своего. Космонавты Анатолий Березовой и Валентин Лебедев в полете на станции «Салют-7» вырастили в при боре «Фитон» (древнегреческое слово, означающее «растение») из семян арабидопсиса, посеянных в космосе, растения, которые дали семена!
Труден путь земледелия в космосе. Но разве был он легок в свое время и на Земле, разве он чрезвычайно прост и теперь на нашей планете? Первобытный человек испытал на себе угрозу голода и вымирания, прежде чем догадался перейти от собирательства готовых «даров природы» к земледелию (и от охоты к скотоводству). Прогнозы-фантазии о космических оранжереях с могучими плодами, не гнущими (в невесомости) ветвей, где энергия Солнца обильна и круглосуточна, оказались не так легко реализуемы. Но оранжереи в космосе будут! Принципиальную возможность их создания доказал маленький арабидопсис.
Кстати сказать, зеленая поверхность всех растений нашей планеты раз в триста превышает поверхность самой Земли и сопоставима с площадью поверхности планеты-гиганта Юпитера. Так что растения - поистине космические существа, живущие рядом с нами и очень активно использующие энергию ближайшей к нам звезды, то есть нашего Солнца.
До сих пор мы говорили о транспортировании земной жизни в космос, об искусственном её там культивировании. А нет ли в необозримых просторах Вселенной какой-то иной жизни - внеземного происхождения. Средствами космонавтики пока не обнаружено ничего живого ни в открытом космическом пространстве, ни на других планетах Солнечной системы. Астрономия тоже пока не засвидетельствовала признаков жизни в космосе за пределами Солнечной системы.
Участники первых американских лунных экспедиций подвергались строгому карантину по возвращении на Землю, чтобы предотвратить занесение на нашу планету предполагавшихся лунных микробов с неизвестными свойствами и потенциально крайне опасных именно ввиду неизвестности их свойств и, следовательно, средств борьбы с ними, Однако предосторожности оказались излишними: безжизненна, стерильна Луна. Это не помешало, правда, тому, что, как показали последующие эксперименты, земные семена - капусты, моркови, салата, редиса - прекрасно всходят на стерильном лунном грунте, доставленном на Землю. Одно голландское любительское общество по выращиванию тюльпанов даже просило горстку «лунной земли» у академии наук СССР, чтобы создать новый сорт прославленного в этой стране цветка.
Не оказалось жизни также на Венере. Спускаемые аппараты советских автоматических станций «Венера» показали: температура и давление на поверхности «утренней звезды» такие, что ничто живое их не выдержит.
Не найдена жизнь и на «красной планете» - Марсе, хотя именно там до недавнего времени предполагалось существование не только жизни, но и высокоразвитой цивилизации. Старый вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?» получил отрицательный ответ. Но теперь возникает другой вопрос: «Будет ли жизнь на Марсе?». Современная наука не исключает положительного ответа.
Советские биологи и техники создали наземную установку «Искусственный Марс». В ней воспроизведены природные условия (грунт, температуры, состав и давление разреженной атмосферы, сравнительно интенсивное ультрафиолетовое облучение Солнцем), реально существующие на Марсе и ставшие известными благодаря информации, полученной от автоматических станций и их спускаемых аппаратов. Оказалось, что бактерии, в отличие от животных и растений, вполне могут выжить в марсианских условиях. Это подтверждает принципиально важное предположение ученых о том, что «хрупкая» жизнь в земной атмосфере и в земной водной среде (эпитет «хрупкий» родился при взгляде на нашу планету и её биосферу из космоса) не столь уж хрупка.
Но главным остается принципиальная доказанность возможности существования и развития в космосе различных видов земной жизни. Жизнь способна на многое. Из многообразия её свойств мы бы выделили её космическую устремленность и, можно даже сказать, космическую сущность.
«Я надеюсь, что мои работы, может быть, скоро, а может быть, и в отдаленном будущем дадут обществу горы хлеба и бездну могущества», - писал Циолковский. Могуществом человека уже отмечен космический век. Будет произрастать и хлеб в космосе. Однако космонавтика нацелена прежде всего на содействие тому, чтобы «горы хлеба» всходили на Земле. Знамение развивающегося космического века состоит в том, что космонавтика все больше и больше поворачивается лицом к нашей собственной планете.
В наши дни космическое питание доставляется на МКС с Земли, и все космические экспедиции снабжаются пищей еще с космодрома. Но недалек тот день, когда пища космонавтов будет производиться прямо в космосе. Уже сегодня ведутся активные исследования по выращиванию и производству еды в космосе. Впереди нас ждет многолетняя экспедиция на Марс, возможно, даже его колонизация, поэтому вопрос выращивания еды в космосе как нельзя актуален.
История
Космическая индустрия очень молода. Покорение космоса началось лишь во второй половине 20-ого века, но развивалось семимильными шагами во время космической гонки. Сегодня к исследованиям космоса присоединился Китай, Япония и даже Франция. Такая компания стран, во главе с космическими державами - Россией и США, продолжает исследование космоса. Многое изменилось со временем первого полета человека в космос, в том числе и питание космонавтов. Но одно осталось неизменным - пища для космонавтов как доставлялась с Земли, так и доставляется до сих пор.
На МКС постоянно проживают космонавты разных стран, и вопрос их пропитания всегда решается с Земли. Доставка 1 килограмма еды обходится примерно в 5-6 тысяч долларов США. Но это не главный аргумент в пользу выращивания еды в космосе. Главный аргумент - ограниченные возможности по объемам перевозки. И если сегодня мы можем регулярно доставлять еду на МКС партиями, то в случае с долгими экспедициями, например на Марс, важно придумать, как космонавты могут снабжать себя продуктами питания самостоятельно.
Так как космонавты целиком и полностью зависят от Земли, в истории МКС есть и неприятные моменты, связанные с пищей. Несколько лет назад, космический носитель с грузом для российских космонавтов не смог долететь до орбиты. Большую часть груза составляла именно еда. Это была очередная порция космической пищи, призванная пополнить запасы уже заканчивающейся еды. Ситуация осложнялась еще тем, что следующий запуск ракеты с едой для космонавтов, можно было осуществить лишь через продолжительное время. Это было связано не только с особенностями космического полета, но также с необходимостью выяснить причины падения первой ракеты, и снаряжения повторной миссии. Ситуация разрешилась гладко - наземные космические службы смогли вовремя разрешить все трудности. Но реальный прецедент дал определенный толчок для развития исследований на тему выращивания еды в космосе.
Актуальное состояние
NASA провело два успешных эксперимента по выращиванию еды на МКС. Для этого на МКС была создана специальная система выращивания растений, получившая название Veggie. Оба раза выращивались листья салата, и оба раза эксперимент завершился успехом. Первый урожай был послан на Землю, для детального исследования. Второй урожай, в августе 2015-ого, был съеден на МКС под объективами камер в прямом эфире. Запись этого события вы можете увидеть на ролике:
Эксперименты показали, что салат, выращенный в космосе, по своим питательным свойствам ничем не отличается от земного. Скорость его роста и прочие показатели - также соотсветвует земным. Но данный эксперимент показал, что выращивание еды в космосе при нынешнем уровне технологий - это нерациональное занятие.
Чтобы вырастить еду в космосе требуется большое количество энергии, а также места. В результате, сегодня проще и выгоднее доставить еду с Земли. Но первые шаги были сделаны, и получены важные данные. Например, что для выращивания растений зеленого цвета необходимы специальные лампы. И хотя растения в искусственных условиях могут вырасти без солнечного света, но для привычного цвета растений, необходимо добавлять специальное освещение. А главное, был получен ответ на самый волнующий вопрос - да, в космосе действительно можно выращивать пищу.
Космонавты действительно съели второй космический урожай, но о полноценном обеспечении себя питанием речи не шло. Листья салата были выращены при колоссальных затратах энергии, и росли они 33 дня. Сюда стоит добавить, что на МКС ограниченное количество пространства, поэтому решить вопрос пропитания увеличением «посевных» площадей, просто невозможно. Но эксперимент показал, что в условиях невесомости растения могут расти не только в горизонтальной «земле». В космосе растениям все равно в какой проекции находится «почва». Кроме этого, опыт наглядно иллюстрирует, что для выращивания еды в космосе нужно столько же воды, как и на Земле, и что H2O невозможно заменить каким - либо веществом.
На МКС выращивают не только еду, но и цветы. В конце 2015-ого года на МКС впервые раскрылся бутон астры. Это стало еще одним доказательством, что выращивание растений в космосе - реальность.
Будущее
Ученые со всего мира работают над тем, чтобы выращивать в космосе столько пищи, чтобы ее хватало для 100% пропитания космонавтов. Сегодня нельзя говорить даже об 1%, но через какое-то время нас ждут долгие экспедиции и колонизации планет. Будущее - за выращиванием еды в космосе.
Ближайший длительный перелет запланирован в 2030-ом году экспедицией NASA на марс. Перелет будет проходить от 150 до 300 дней, и в этом полете людям наверняка понадобится источник пищи, производимой на борту. Вместимость космического аппарата ограничена, и его способности перевезти груз - тоже. Семена, или молодые растения, занимают меньше места и обладают меньшим весом. Ученым предстоит найти оптимальное решение для обеспечения условий произрастания сельскохозяйственных культур. Вопрос не только в «почве», но и в поливе растений. Ученым еще не удалось научиться заменять воду. Даже в эксперименте NASA, для проращивания салата, использовалось столько же воды, сколько и на Земле. А вода в космосе это не менее ценный ресурс. Конвертация воды в еду, в условиях ограниченного пространства - пока что происходит по невыгодному курсу. Но этот вопрос будет решен.
Из ближайших планов - вырастить на МКС не только салат, но и другие растения. На очереди находятся следующие культуры - зеленый перец, редис, лук, капуста и картошка. Набор не случайный, эти овощи являются потенциальными кандидатами для выращивания на космических «огородах» будущего. Как вы могли заметить, ученые планируют выращивать культуры, чьи плоды находятся не только над землей, но и корнеплоды - редис и картошка. Для этого разрабатывается аппарат другого типа, отличный от аппарата Veggie для салата.
Над выращиванием еды в космосе работают не только в России и США, но и в Китае. Китайское космическое агентство планирует создать лунную станцию к 2030-ому году. На ней отдельное место уделено выращиванию еды. На станции «Лунный дворец-1» (временное название), планируется выделить 58 кв. метров для выращивания еды. Это для космоса беспрецедентно большое помещение для выращивания растений, и даже больше, чем модуль для жизни космонавтов на будущей лунной станции. Пока что китайские ученые лишь испытали аналог лунной станции на Земле, и эксперимент оказался удачным. По результатам этого эксперимента стало понятно, что проект жизнеспособен, но китайские ученые внесли коррективы в космический модуль для выращивания еды. К 2030-ому году, возможно, мы увидим его в действии.
Радует, что эксперименты по выращиванию еды в космосе не просто продолжаются, но и становятся все более и более частыми. Мы надеемся, что в ближайшем будущем еда космонавтов , хотя бы частично, но будет производиться в космосе. Это снизит зависимость от Земли и откроет новые горизонты для космических экспедиций.
Запуск первого в мире искусственного спутника Земли, осуществленный в
Советском Союзе 4 октября 1957 г., положил начало освоению космического
пространства. Успехи в развитии ракетной техники и астронавтики за
истекшие годы внесли много нового в уже сложивщиеся науки, привели к
рождению новых наук, и среди них космической биологии.
И хотя наши первые эксперименты с собаками на геофизических ракетах
относятся к 1949 г., космическая биология как самостоятельная наука
сложилась именно после 1957 г., когда стали возможны достаточно
длительные опыты над животными и растениями непосредственно в космосе,
на искусственных спутниках и космических кораблях.
Космическая биология изучает влияние на живые организмы Земли факторов
космического полета и космического пространства. Одна из ее проблем -
обеспечить жизнь людей в космических летательных аппаратах, на
орбитальных и планетных станциях. Ученые также занимаются поиском и
изучением внеземных форм жизни.
Необходимость биологических исследований при освоении космического
пространства предвидел еще в 1908 г. К. Э. Циолковский. Один из первых
советских ракетостроителей Ф. А. Цандер проводил опыты по использованию
растений для регенерации воздуха. Теперь биологические эксперименты и
наблюдения над животными проводятся в космосе. На советских спутниках и
кораблях побывали собаки Лайка, Стрелка и Белка, Пчелка, Мушка,
Чернушка, Звездочка, Ветерок, Уголек, а также мыши и крысы, черепахи,
растения (традесканция и хлорелла), насекомые (дрозофила). Объектами
эксперимента были кожная ткань человека и кролика, раковые клетки,
вирусы, множество микроорганизмов. В опытах, проведенных американскими
учеными, участвовала и обезьяна.
Все эти исследования обогатили космическую биологию. Диапазон объектов
ее изучения широк - от сложных сообществ различных организмов и
взаимодействия живых организмов и машин до тонких механизмов
внутриклеточной регуляции и молекулярной генетики.
Эта отрасль биологии, как ни одна другая, органически связана с физикой,
химией, медициной, электроникой, аэродинамикой, астрономией, геофизикой
и др.
При проведении биологических экспериментов в космосе исследователь часто
оказывается отдаленным на сотни и тысячи километров от животных,
растений, микроорганизмов и других изучаемых объектов. В связи с этим
все необходимое в опыте делают автоматические устройства, их действия
заранее программируются. Различные датчики учитывают все физиологические
процессы и состояния организмов: частоту дыхания, кровяное давление,
пульс, нервное возбуждение, скорость роста, интенсивность фотосинтеза,
скорость размножения водорослей или бактерий и др.
Управляют опытами с помощью дистанционных радиосистем. Результаты
приходят на Землю по радиотелеметрическим линиям в виде специальных
кодов. Электронные вычислительные машины расшифровывают и обрабатывают
полученную информацию, после чего она поступает в распоряжение ученых.
Таким образом, экспериментатор и исследуемый объект связаны целой
системой радиотелеметрических устройств.
Какие же факторы влияют на живые земные организмы при полете в космос и
в самом космическом пространстве?
Во-первых, это факторы, связанные с динамикой полета космического
аппарата. При старте ракеты и с возрастанием скорости ее движения
возникают и быстро увеличиваются перегрузки. Быстро растет вес всех тел
на корабле, увеличиваясь в 5-10 раз, а иногда и больше. Работа мощных
двигателей ракеты вызывает сильные шумы и вибрации.
С выходом корабля на орбиту, или траекторию свободного полета, в кабине
наступает состояние невесомости.
Воздействие на живые организмы перегрузок, вибрации, шумов, невесомости
- все это в поле зрения космической биологии. Особенно важно изучить
последствия длительного состояния невесомости. Этим занимается один из
разделов той же науки - гравитационная биология.
Опыты показывают, что состояние невесомости (если оно не слишком
длительно) не отражается губительно на жизнедеятельности организмов.
Однако еще не ясно, не будет ли чрезмерной нагрузкой для земных
организмов возвращение в условия земного притяжения после длительного
состояния невесомости. Кроме того, неизвестно, насколько глубоко
воздействие земного притяжения на физиологию клетки, на образование и
развитие зародышей. Есть предположение, что сила тяжести оказывает
влияние в первых стадиях на дробление оплодотворенной яйцеклетки.
Особенно чувствительными к состоянию невесомости могут оказаться
растения в период развития, ведь и на них сильно влияет земное
притяжение и, как известно, под его действием растения ориентируются в
пространстве. Важно знать, как будут протекать эти процессы, если сила
тяжести отсутствует, и какова минимальная сила тяжести для нормального
развития различных организмов. От этого может зависеть конструкция
будущих обитаемых космических аппаратов.
Во-вторых, это факторы космического пространства. Живые организмы
подвергаются действиям космических и гамма-лучей, рентгеновского
излучения, ультрафиолетовых лучей. Космическая биология изучает их
действие в сочетании с невесомостью, перегрузками, вибрациями,
своеобразным тепловым режимом и др., определяет их дозы, допустимые для
жизни, а также средства необходимой защиты.
И, наконец, фактор изоляции. Ограниченность пространства и свободы
движений в сравнительно небольших герметизированных кабинах космических
кораблей, монотонность и однообразие обстановки, отсутствие многих
привычных для жизни условий - все это необычно для земных организмов.
Поэтому ученые проводят специальные исследования высшей нервной
деятельности высокоорганизованных существ, в том числе и человека,
выясняют, насколько приспособлены они к длительной изоляции и как
сохранить в этих условиях их работоспособность.
Космической биологии предстоит сложный поиск надежных систем, которые
неограниченно долго могли бы обеспечивать жизнь людей в корабле и
снабжали бы их всем необходимым для нормальной жизни в случае высадки на
другие планеты.
Ученые полагают, что если на борту корабля и планетных станций
разместить сообщества определенных растительных и животных организмов,
космонавты смогут иметь кислород, пищу и воду, а накапливающиеся в
результате жизнедеятельности углекислота и различные отходы будут
использоваться повторно.
Полный биологический круговорот веществ на Земле обеспечивается
взаимодействием различных организмов, в котором важное место занимают
зеленые растения. Используя солнечный свет, они связывают углекислоту,
синтезируют органические вещества, выделяют кислород и создают тем самым
условия для жизни других организмов. Имея в виду именно эту особенность
растений, еще К. А. Тимирязев отмечал "космическую роль зеленых
растений".
Зеленые растения на кораблях при неограниченном солнечном свете позволят
создать такие замкнутые системы (космонавт станет их составной частью),
в которых одно и то же взятое с Земли количество веществ будет
находиться в непрерывном круговороте. Эти системы названы замкнутыми
экологическими комплексами. (Экология - наука о взаимоотношениях
растений и животных с окружающей средой.)
Человек, поглощая кислород, будет выдыхать углекислоту. Растения же,
поглотив углекислоту, создадут из нее пищевые вещества и выделят
кислород. Все отходы человеческого организма будут полностью
использованы для питания растений.
Особенно интересны в этой связи одноклеточные зеленые водоросли, такие,
как (хлорелла. Она быстро размножается и очень питательна. Хлорелла
может расти насточных водах и их очищать. Для ее культивирования
создаются самонастраивающиеся автоматические аппараты. Кроме растений, в
экологическую систему будут включены определенные животные и некоторые
микроорганизмы.
Энергию для многих процессов даст солнце.
Работа по созданию замкнутого экологического комплекса связана с
большими трудностями. Все звенья такого биологического сообщества должны
быть строго согласованы друг с другом, управляемы и надежны.
Людей издавна интересует: есть ли жизнь на других планетах, какова она,
может ли жизнь быть занесенной с одного небесного тела на другое, как
изменяются при этом ее формы и свойства?
Ученые давно предполагают, что жизнь существует не только на Земле. Но
неопровержимого, научного доказательства этого до сих пор нет.
Попытки решить, существует ли жизнь на Марсе, наблюдениями с Земли с
помощью
оптических инструментов оказались бесплодными. Полеты в космическое
пространство позволили начать изучение жизни вне Земли опытным путем.
Поисками и изучением простейших форм жизни в космосе, а также изучением
жизни на других планетах занимается экзобиология - составная часть
космической биологии. Автоматические устройства на искусственных
спутниках, ракетах и автоматических планетных станциях дают возможность брать пробы в
самом космическом пространстве, чтобы обнаружить органические вещества,
микроорганизмы и споры внеземного происхождения. Межпланетные
автоматические станции, подобные станциям "Луна-9", "Луна-13", позволят
брать пробы непосредственно с поверхности небесных тел.
Космические аппараты могут случайно перенести на другие планеты земные
организмы, которые способны развиваться в новых условиях и подавить
существовавшую там до этого жизнь или же остаться на этих планетах в
"земном" или измененном виде, а человек, когда-либо попав туда, будет
введен в заблуждение, приняв земные организмы за внеземные. И наоборот,
возвращающиеся на Землю корабли могут занести внеземные микроорганизмы,
которые в земных условиях могут вызвать непредвиденные вспышки новых
заболеваний.
Важность контроля в этой области не подлежит сомнению. Он возложен также
на экзобиологов.
В августе 1960 г. Стрелка благополучно вернулась из космического
полета. Тот факт, что Стрелка принесла щенят, имеет большое
медико-биологическое значение. Сейчас ученые наблюдают уже не только за
ними, но и за их потомством.
В.Е. Семененко
Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
