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).
Стоит отметить, что о том, что рацион астронавтов должен включать свежие овощи, заговорили только в 2014–2015 годах. До этого люди на орбите получали только обезвоженные продукты сухой заморозки, которые требуется подготовить особым образом, чтобы их можно было есть. На вкус астронавты не жалуются, но надо думать, что кроме такой еды им хочется чего-нибудь еще. Кстати, стоимость продуктов питания для космических путешественников очень высокая. С учетом доставки на орбиту цена получается около $20 000. Это чрезвычайно дорого, но по-другому не выходит. Если же выращивать часть продуктов уже в космосе, можно немного сэкономить.
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.
