Первые посадки растений в космосе. Мой эксперимент в космосе

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.

Почти два года назад, 16 января 2016 года, в космической оранжерее Veggie на американском сегменте МКС зацвела цинния. Астронавт Скотт Келли в своем восторженном твите назвал ее «первым цветком, зацветшим в космосе».

Восторг астронавта можно понять: он вырастил эти растения из семян, ухаживал за ними, спасал от засухи, наводнения и нашествия плесени. Но он ошибся. Растения в космосе и раньше неоднократно росли, цвели и даже давали семена. Еще Циолковский говорил о том, что растения необходимы человеку для освоения космоса, чтобы служить источником пищи и кислорода. И с самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. Давайте вспомним основные вехи космического растениеводства.

Первым растением, зацветшим в космосе и давшим семена , стала Arabidopsis thaliana , или резуховидка Таля. Арабидопсис зацвел в 1982 году на советской космической станции «Салют-7», в микрооранжерее «Фитон-3», благодаря усилиям космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Мелкий невзрачный сорняк, который живет всего пару месяцев, цветет крохотными белыми цветочками и дает множество семян. За это его и полюбили молекулярные биологи и физиологи растений всего мира. Неприхотливый, занимает мало места, быстро растет и дает много материала. Последние десятилетия это основной объект генетики и молекулярной биологии растений. Эти его свойства - малый размер и неприхотливость - оказались удобны и для космических исследований. В космических аппаратах места мало и создать растениям идеальные условия непросто.

А вообще первым растением, которое побывало в космосе и вернулось обратно , была кукуруза. Ее семена отправились в суборбитальный полет в июле 1946 года на ракете «Фау-2» (V-2), собранной в США из немецких трофейных запчастей. Согласно директиве министерства обороны США, начиная с 1946 года на каждой запущенной ракете этой серии должны были находиться экспериментальные образцы для ученых. Семена кукурузы и плодовые мушки дрозофилы были первыми подобными образцами. Ученые планировали исследовать действие космической радиации на живые организмы.

Полностью по орбите вокруг Земли первыми из растений пролетели традесканция, водоросль хлорелла, семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. Они отправились в космос на втором «Спутнике» в 1960 году, вместе с Белкой и Стрелкой.

Первым растением, съеденным в космосе , стал лук. Его вырастили в 1978 году на космической станции «Салют-4» в установке «Оазис» космонавты Владимир Ковалёнок и Александр Иванченков. Задачей эксперимента было - отработать условия выращивания растений и получить от них цветы и плоды с семенами. У лука нужно было срезать несколько стрелок, чтобы он не сгнил. Александр Машинский, в то время один из руководителей биологической группы НПО «Энергия», рассказывает , что часть этих стрелок космонавты съели, даже не спросив разрешения начальства.

Первые растения, облетевшие Луну, - деревья пяти хвойных и лиственных пород: сосна, пихта, секвойя, платан и ликвидамбар (лиственное дерево, распространенное на востоке Северной Америки). Около 500 семян этих деревьев отправились в космос в 1971 году на корабле «Аполлон-14» вместе с Аланом Шепардом и Эдгаром Митчеллом. Пока Шепард и Митчелл работали на поверхности спутника, их коллега Стюарт Руса облетал Луну на командном модуле. В начале своей карьеры Руса был членом парашютного пожарного отряда лесной охраны, и у него остались знакомые в Службе леса США. Они попросили его взять с собой в космос семена.

После возвращения на Землю эти семена прорастили и получили около 450 саженцев. Их посадили на территории объектов НАСА, университетов, парков и государственных учреждений в США. Одно такое «лунное дерево», сосна, растет на территории Белого дома. Несколько саженцев были отправлены в другие страны, в том числе в качестве подарка императору Японии. Другие «лунные деревья» посадили рядом с их собратьями, выращенными из семян, оставшихся на Земле. Спустя годы после посадки эти деревья практически неотличимы.

Первое растение, «слетавшее» на Марс, - китайская капуста. Это листовая капуста, внешне похожая на салат-латук. Именно ее в оранжерее «Фитоцикл-СД» выращивали участники эксперимента «Марс-500» - пробного «полета» на Марс, который состоялся в 2010-2011 годах. В ангаре, стоящем на территории Института медико-биологических проблем РАН в Москве, построили макет марсианского корабля. В нем экипаж из шести человек провел 520 дней. За эти дни участники эксперимента отработали все этапы полета на Марс, включая выход на поверхность красной планеты, обрыв связи с Землей и даже пожар на корабле. В программу «полета» были включены и научные эксперименты, в том числе отработка методики выращивания китайской капусты в космической оранжерее, специально сконструированной для выращивания растений в невесомости. К сожалению, полакомиться свежей зеленью «космонавтам» не удалось: растения выросли мелкими и чахлыми. Предполагают, что причина этого - наличие в атмосфере «корабля» этилена и других газов, угнетающих рост растений. В реальном космическом корабле потребуется поставить воздушные фильтры на входе в отсек с оранжереей. Кроме капусты «космонавты» выращивали в обычной, земной оранжерее другие овощи - лук, сладкий перец, редис, томаты и пр. А в кают-компании стояла небольшая оранжерея для цветов.

По-настоящему же на Марс пока - кроме роботов - никто не летал. На межпланетной станции «Фобос-грунт», которую планировали отправить к одному из спутников Марса - Фобосу, должны были лететь различные живые организмы, в том числе семена редиса и ячменя. Запуск состоялся 9 ноября 2011 года, но во время запуска не сработала маршевая пусковая установка, и станция осталась на низкой околоземной орбите. В январе 2012 года ее обломки упали в Тихий океан, семена погибли вместе с ними. Так что освоение Марса живыми существами еще впереди.

Первые растения, вышедшие в открытый космос, - несколько сельскохозяйственных растений и модельных объектов: горчица, рис, томат, редис, ячмень, арабидопсис и никандра. В 2007-2008 годах их семена провели тринадцать месяцев в специальном контейнере на внешней обшивке МКС, в рамках второго этапа эксперимента «Биориск». Первый этап, завершившийся в 2006 году, включал только бактерии и грибы - ученые пытались понять, насколько эти микроорганизмы могут повредить внешнюю обшивку станции. На втором этапе к эксперименту добавили и другие биологические объекты: семена растений, икринки рыб, яйца раков, личинки насекомых. Томаты не выдержали условий открытого космоса, а вот семена других растений сохранили всхожесть, и из них уже на Земле выросли нормальные растения.

Первые растения, выросшие в «марсианской» и «лунной» почвах, - 14 видов растений, участники эксперимента, который в 2013 году провели голландские ученые под руководством Вигера Вамелинка. Для эксперимента они взяли томаты, рожь, морковь, кресс-салат и несколько видов дикорастущих растений. Их вырастили на созданных в НАСА образцах почвы, по составу такой же, как марсианский и лунный грунт. На лунной почве семена плохо прорастали, растения выросли мелкими и хилыми.

А вот в марсианском грунте растения чувствовали себя хорошо и дали биомассу не хуже, чем у контрольных растений, выращенных в земном грунте с речного дна. А кресс-салат и дикорастущее растение полевая горчица даже дали семена. То есть в марсианской почве вполне реально пытаться вырастить растения, что будет полезно для будущих обитателей марсианской колонии. Но необходимы еще эксперименты, которые бы учли не только состав марсианской почвы, но и гравитацию, освещенность, состав атмосферы и другие условия.

54 года назад, 12 апреля 1961 года Юрий Алексеевич Гагарин – первый космонавт Земли, совершил первый в мире полет в космос на корабле «Восток». Наш космонавт очень интересовался цветами. А какие цветы он любил больше всего, вы узнаете из подборки любопытных фактов дуэта «растение и космос».

Интересные факты о растениях и космосе:

1. В 1980 году на борт космической станции «Салют-6» были отправлены тюльпаны. Ученые предполагали, что цветы зацветут в космосе. К сожалению, тогда чуда не случилось – тюльпаны завяли на следующий день. По возвращении из полета, космонавт В. Ляхов отчаянно произнес: «Судя по всему, в космосе никто жить не может!». Но Герои Советского Союза тоже могут ошибаться.
2. Но космонавты, вооружившись терпением, продолжили исследования. Иначе как можно исследовать такую глубину, как космос? И, надев цветочные скафандры, в космос отравились . Они продержались в суровых условиях космоса целых полгода! Даже образовались новые листочки и воздушные корни. Однако цветы опали сразу же по прибытию в космос.
3. Арабидопсис (Arabidopsis Thaliana) – Гагарин среди цветов. Он побывал в космосе в 1982 году. Арабидопсис расцвел и даже дал семена в условиях полного отсутствия гравитации.
4. А Юрию Алексеевичу по нраву были ромашки. Согласитесь, скромные маленькие солнышки замечательно характеризуют их поклонника: такой же скромный и лучезарный.
5. Интересно, а на ромашки растут? Если растут на Марсе, то они там синего или фиолетового цвета от листьев до корней. А если на , то желтого или оранжевого.
6. В космосе цветы и пахнуть будут иначе, чем на Земле. Аромат цветка зависит от многих условий. И некоторые умело этим пользуются. Запахи различных видов роз, выращенных на космическом корабле Дискавери, дали основу для духов «Zen» от Shiseido.
7. Деревья тоже хотят в космос! В 2004 году бонсай-сосна отправилась на воздушных шарах бороздить просторы Вселенной. Эта идея пришла в голову японскому художнику, который совместно с компанией, запускающей в полет космические корабли, ее и осуществил. За компанию с сосной полетел большой цветочный букет. Эта великолепная композиция летала на высоте 30 километров над Землей.
8. Оказывается, есть цветок, который тесно связан с неизведанным космосом, но при этом, он никуда и не думал летать. Этот цветок – космос. Во-первых, он так и называется. Во-вторых, он такой же загадочный и манящий. Шоколадный космос (Chocolate Cosmos) долгое время считался исчезнувшим. Но, к счастью, предусмотрительные биологи начала XX века успели собрать семена с последнего экземпляра этого неуловимого растения. Цветок в буквальном смысле хочется съесть – он имеет ярко выраженный запах шоколада.
9. За растениями для разработки новых лекарств – в космос! Клетки женьшеня, прожив 75 дней на МКС, стали более продуктивными и эффективными. Осталось только сохранить эти чудесные свойства, чтобы создавать волшебные пилюли от всех болезней.
10. Канадские ученые разработали «Лунный оазис». Это своего рода переносной парник, в котором учтены все условия для выращивания различных культур и растений. В будущем они надеются отправить парник на Луну, чтобы проверить работоспособность оазиса. По словам разработчиков, это позволит обеспечивать свежими фруктами и овощами будущих переселенцев с Земли.
11. Похожие исследования ведут и российские ученые. Еще с конца 90-х годов они трудятся над созданием космической оранжереи. На МКС есть оранжерея «Лада», в которой выращивают картофель, редис, ячмень и др. Однако целей преследуют много: от чисто научных интересов до снятия стресса космонавтов во внеземных условиях.
12. Японские ученые совместно с индийскими проводят исследования в условиях микрогравитации. «Космические умы» этих стран хотят проследить изменения биологических функций растений. Для начала выращивать будут обыкновенные водоросли. Посмотрим, может и суши можно будет поесть в космическом ресторане?

Многие космонавты пробовали выращивать растения на борту космического корабля.Наши кубанцы тоже заботились о зеленых друзьях. Об исследованиях Виктора Горбатко и Фам Туана мы уже писали, а сейчас предлагаем материал о космических растениеводческих опытах Виталия Севастьянова и Анатолия Березового

О первых опытах выращивания гороха космонавтами интересно рассказывает Г.Береговой в книге «Космос — землянам»:

«Человеку свойственно ощущать свою причастность к земной природе, где бы он ни находился. 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 экспедиции П.Климук и В.Севастьянов.

На борту космической станции имеется специальная установка для выращивания растений в условиях невесомости — «Оазис». Растениям в нем созданы нормальные условия, а космонавты ежедневно наблюдают за своими зелеными питомцами и заботятся о них.

Не имея надежных данных о том, как влияет невесомость на развитие растений, авторы эксперимента положили зерна в свой «Оазис» как попало (поэтому и первые всходы были неважные: из 36 зерен взошли только 3). На Земле, естественно, корень всегда уходит в почву, вниз, а проросток тянется к свету. А как быть горошине в космосе, где нет ни верха, ни низа? Куда ей прорастать?

Выяснилось, что горошине подсказывает, как быть, не гравитация, а генетически заложенная в нее так называемая полярная ориентация: если проросток направлен к свету, то корень непременно в противоположную сторону. Значит, стоит только помочь горошине — заранее сориентировать ее так, чтобы корешок уткнулся в почву, а проросток направился к свету, — и всходы обеспечены. В ином случае растение погибнет.

Предположение ученых проверяла вторая экспедиция на «Салюте-4». П.Климук и В.Севастьянов захватили с собой на орбиту усовершенствованный «Оазис» и семенной материал. Расположили зерна в соответствии с заданием. И вот на десятые сутки биологи запрашивают космонавтов: как, мол, там растения?

— Все в порядке, — спокойно докладывает В.Севастьянов, — можно собирать урожай — стрелки лука уже достигли 10-15 см.

— Какие стрелки, какого лука? — обомлели сначала на Земле, но быстро спохватились: — Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы.

— Были у нас семена гороха, верно, — сжалился над биологами бортинженер, — но мы прихватили с собой из дома и две луковицы, посадили их, так сказать, сверх плана. А горошины почти все взошли, теперь подрастают. Так что в космосе жить можно.

Однако, дальнейшие опыты с растениями, проведенные в более длительных полетах уже на борту орбитальной станции «Салют-6» принесли ученым немало новых сюрпризов. Тот же горох, вопреки заверениям В.Севастьянова, что в космосе жить можно, почему-то никак не мог там выжить. Раз за разом высаживали его в «огороде над облаками», семена прорастали, растения нормально развивались и … погибали. «Космических» семян никак не получалось, хотя уход за растениями организован был не только тщательный, но даже… он был сверхзаботливым. Космонавты каждодневно возились в своем «огороде», лелеяли каждый росток, а результат все тот же — сохранить их не удалось. Какие-то рахиты вырастали в невесомости…

Тем не менее ни ученые, ни космонавты не опускали рук, не теряли надежды.»