Как обустроить плантацию на борту космического корабля? Какие культуры уже «освоились» в межпланетном пространстве? Как выглядят современные космические оранжереи? Ответы на эти вопросы ученые ищут на Земле.
Накануне Всемирного дня космонавтики в Международном мультимедийном пресс-центре МИА «Россия сегодня» состоялся круглый стол на тему: «Агрокосмическая программа и новейшие разработки агрохимической отрасли России», где российские ученые обсудили современные достижения отрасли, а также альтернативные пути развития сельского хозяйства в космосе.
Почему это важно
Вопрос создания космических оранжерей как никогда актуален: сейчас космонавты получают продукты питания с Земли, но в ближайшем будущем планируются гораздо более длительные и удаленные космические миссии. Так что проблема выращивания еды прямо на борту становится все более насущной. Создание системы, обеспечивающей жизнедеятельность экипажа, входит практически во все утвержденные и пока только планируемые космические программы.
Одна из главных задач космических оранжерей – получение на борту свежей витаминной продукции. «Дело в том, что обеспечение космонавтов витаминами в дальних космических полетах – вещь весьма проблематичная, – рассказывает ведущий научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН Юлий Беркович. – Современные синтетические витаминно-минеральные комплексы, как правило, имеют срок годности не более года. И при планировании дальнего полета этот вопрос беспокоит медиков. Поэтому ученые ищут пути получения свежей витаминной зелени на борту».
Опыт есть!
Разрабатываемые долгие годы методики выращивания растений в космосе в небольших вегетационных сосудах имели ряд недостатков. Дело в том, что не была накоплена информация, как в условиях космического полета создать для растений благоприятные условия среды: питания, дыхания, освещения и пр. В 1990 году была создана первая автоматическая космическая оранжерея «Свет», которая десять лет успешно проработала на орбитальной станции «Мир» и позволила в автоматическом режиме получить посевы китайской листовой капусты, редиса и еще ряда культур.
Было произведено и несколько вегетаций пшеницы. Некоторые «подопытные» даже давали вызревшие семена. Когда в 2002 году станция «Мир» была затоплена, вместе с ней затонула и оранжерея. Но объем достоверной информации о том, как влияют на растения условия низкоорбитального космического полета, невесомость, микрогравитация, космическая радиация и многие другие факторы, к сегодняшнему дню учеными накоплен огромный.
Зарубежные проекты
С 2014 г. на МКС работает американская оранжерея «Веджи» (Veggie) для выращивания салатных овощей. Она оборудована вегетационной камерой с регулируемым объемом и светильниками на основе красных, синих и зеленых светодиодов. Камера охлаждается вентиляторами, подающими воздух из объема модуля МКС. Растения выращиваются на субстратных подушках с почвозаменителем. Важным результатом экспериментов в оранжерее «Веджи» стало подтверждение микробиологической безопасности выращенных растений: они вполне пригодны в пищу.
Сейчас американцы работают над концепцией пищевой оранжереи с системой солнечного освещения Solar Plant Lighting System, которая, по оценкам экспертов, сможет производить от 50 до 100 г свежей зелени в день на каждого члена экипажа.
Множество испытаний проходит и на Земле. Интересный результат получили недавно в Пекинском агрокосмическом университете. На построенной крупномасштабной наземной модели замкнутой экологической системы под названием «Лунный дворец» (Lunar Palace) в 2017 – 2018 гг. провели эксперимент: в течение года от 4 до 8 членов экипажа жили там в полной изоляции, на 80 % обеспечивая себя растительной пищей, выращенной в оранжерейном модуле.
Российские перспективы
Не отстают от зарубежных коллег и наши ученые. В Московском институте медико-биологических проблем РАН разработаны конвейерные оранжереи, предназначенные специально для использования на космических пилотируемых аппаратах, – «Фитоцикл-СД», «Витацикл» и «Фитоконвейер».
Уже сейчас они способны давать в сутки до 215 г свежей зелени с площади 0,3 м. Самый актуальный российский проект – оранжерея конвейерного типа «Витацикл-Т», которая в настоящее время проходит испытания на Земле (таблица). В следующем году планируется уже изготовить образцы для запуска на российский сегмент МКС.
«Конвейерный режим – это когда вы не сразу сеете и получаете через какое-то время урожай салата целиком: семена высеваются частями на разных участках посадочной площади со сдвигом по времени, – объясняет Ю. Беркович. – В результате получаете, допустим, каждые четыре дня порцию салата, которым экипаж сможет восполнить свои потребности в витаминах. Работа такой установки непрерывная, порция зеленых овощей «выдается» с периодом, равным длительности «шага» конвейера».
Пока такие вегетационные модули разрабатываются для зеленных культур, затем, по рекомендациям специалистов по питанию, в рацион космонавтов войдут томаты, морковь и другие культуры. Для создания «Витацикла-Т» использовался ряд альтернативных технологий для выращивания растений в условиях невесомости – конструкции корневых модулей, посадочные устройства, капиллярно-пористые почвозаменители, системы увлажнения и минерального питания для корневой зоны, светодиодные светильники, вегетационные камеры с автоматическим регулированием газовой среды и др.
Работы еще много
Ученые разных стран работают над созданием космических оранжерей, способных обеспечить «зеленый» рацион космонавтов. Конечно, о начале ведения планетарного сельского хозяйства говорить пока рано – для начала ученым предстоит обеспечить защиту растений от непривычных для них условий. «Нельзя забывать, что помимо специфики самой среды на растения в космосе влияет целый ряд факторов: смещенный спектр излучения, к которому непривычны наши растения, жесткая электромагнитная радиация, прямое воздействие частиц солнечного ветра, и это далеко не все», – пояснил доктор физико-математических наук Михаил Маров, академик РАН.
«Реакция растений на космические условия действительно непредсказуема, – соглашается космонавт, Герой России Сергей Авдеев. – Мы, например, долго не понимали, почему пшеница одного и того же сорта колосится на Земле, а в космосе зерен не дает. Выяснили, что растения «чувствовали» этиленгликоль, который содержался в воздухе космической станции. Мы, космонавты, этим воздухом дышали без проблем, но пшеница оказалась более чувствительна. Пришлось делать изолированную камеру со своей воздушной средой, дополнительными фильтрами, и тогда пшеница заколосилась».
Помимо этого, в перспективе дальних космических полетов все острее встает вопрос об утилизации растительных отходов на борту. На Земле разложению остатков в почве помогают бактериальные микроорганизмы, способные превращать растительные остатки в питательную среду. А как быть на орбите? Здесь на помощь космическим агрономам могут прийти земные агрохимики и микробиологи.
«Вместе с семенами в космос неизбежно отправятся и бактерии. Пока еще не отработан вопрос организации круговорота веществ на борту космических кораблей, но в перспективе длительных полетов он станет очень актуальным, – подчеркнул академик РАН и генеральный директор АО «Щелково Агрохим» Салис Каракотов. – Так что о защите будущих космических растений надо позаботиться еще на Земле».