«Трава у дома»: в МГУ разрабатывают оранжерею для МКС, лунных баз и РОС
Исследователи из МГУ планируют развернуть на Международной космической станции (МКС) оранжерею для обеспечения космонавтов свежими овощами и зеленью. Ожидается, что разработка найдет применение и на будущей Российской орбитальной станции (РОС), а также во время полетов на Луну и Марс.
Доставить свежие продукты с Земли в космос ― непростая задача, полноценно выполнить которую сегодня невозможно. Овощи и фрукты быстро портятся, а отправка кораблей на орбитальную станцию занимает много времени. К тому же дополнительное воздействие на пищу космонавтов оказывают экстремальные космические условия: влияние радиации, температуры, вибрации и других факторов. Любой человек нуждается в витаминах, а космонавты ― вдвойне, поэтому одним из выходов может стать производство продуктов питания непосредственно на орбите.
В космической оранжерее, над созданием которой трудятся специалисты из МГУ, смогут выращивать любые растения высотой до 30 см, включая горох, карликовые сорта помидоров и перцев, микрозелень и ряд других, причем все они будут съедобными, рассказала в интервью порталу «Научная Россия» ведущий специалист отдела качества факультета космических исследований МГУ им. М. В. Ломоносова Анастасия Гросс.
Конструкция камеры оранжереи разделена на две части ― в них вставляются кассеты с семенами. Сами коробки негерметичны, а значит, растения смогут получать достаточное количество кислорода ― того же, которым дышат космонавты. Дверцы контейнера свободно открываются, что позволяет не только проводить манипуляции с растениями, но и защитить их от внешних повреждений и поддерживать постоянный уровень влажности и температуры. По словам Анастасии Гросс, отличительная особенность оранжереи МГУ от аналогов ― комбинация большого количества экспериментов в одном месте. Например, ученые отслеживают одновременно уровень радиации, гравитации, перегрузки, электромагнитное поле, и ряд других параметров.
В качестве субстрата специалисты предложили использовать тапиоку ― крахмалистое вещество, добываемое из корней растения тропического клубнеплодного растения маниок. Материал, по своим характеристикам напоминающий плотное желе, будет служить аналогом почвы.
Обычную землю в космосе не используют, потому что она крошится и ее частицы могут разлетаться по орбитальной станции в условиях невесомости. Поэтому важно, чтобы в почва была достаточно твердой, целостной и потенциально съедобной. Полив растений будет осуществляться с помощью смачивания корней специальным аэрозолем. Орошение семян можно будет проводить с помощью шприца. При этом субстрат из тапиоки будет оставаться сухим.
Основная задача исследователей ― создать готовый образец, который можно будет использовать в космическом пространстве. Они продолжат искать аналогичные варианты субстратов для выращивания растений, чтобы выявить наиболее подходящие варианты. Специалисты также планируют разработать программное обеспечение для повышения качества визуализации данных. Это позволит облегчить составление прогнозов и сравнение данных одних экспериментов с другими.
Подбор растений, которые будут выращиваться в космосе, также не случаен. Ученые отбирают образцы, чтобы обеспечить разнообразие в оранжерее. В том числе, они должны отличаться друг от друга визуально, поскольку это важно для поддержания психологического состояния космонавтов. Находясь на орбите, они привыкают к однообразию, и любое изменение или нововведение может их порадовать. «Мы надеемся, что благодаря такой "траве у дома" они почувствуют себя ближе к Земле», ― отмечает Гросс.
Однако заниматься растениеводством на МКС никого не заставляют: это можно делать по желанию. К тому же, оранжерея нового типа предполагает минимальное вмешательство человека и не требует больших затрат сил и времени, отмечают авторы разработки. Космонавтам нужно будет обслуживать оранжерею и передавать показания, в то время как вся научная работа будет проводиться на Земле.
Оборудование оранжереи создается таким образом, чтобы оно прослужило годами. Но даже в случае выхода из строя одной из систем космонавты смогут легко устранить поломку. «Конструкция оранжереи очень проста и не требует специальных ремонтных навыков. Все комплектующие оранжереи ― российского производства, причем очень высокого качества. Это наш приоритет», ― подчеркивает Гросс.
Сложнее обстоят дела с семенами ― пока непонятно, насколько долго они смогут храниться в космосе. Воздействие космической радиации ускоряет процесс их старения в среднем в 1,5 раза, однако этот показатель отличается в зависимости от растения. Специалисты планируют определить эти параметры во время серии экспериментов и подобрать сорта, которые способны долго храниться в условиях микрогравитации. По словам эксперта, вероятнее всего, семена не смогут храниться больше двух лет.
Есть и ряд трудностей, связанных не только с созданием космической оранжереи, но и с выращиванием растений в космосе в целом. Например, для проведения экспериментов и их повторения нужны одинаковые условия, что очень редко бывает на орбите: это связано с изменчивостью космической погоды, постоянным отклонением траектории космической станции, и другими факторами. Исходя из этого, провести эксперимент, который бы в точности соответствовал всем научным критериям повторяемости, практически невозможно, поясняет Гросс. Другая проблема ― в сложности сбора воедино всех данных, полученных от разных культиваторов растений и их интерпретации.
Для решения этих проблем ученые создали испытательные стенды, где все эксперименты можно собрать воедино, подобно матрешке. Кроме того, они используют центрифугу, имитирующую взлет космического корабля, вибрации, перегрузку, а также клиностат ― прибор, устраняющий влияние гравитационного притяжения на рост растений и установки для моделирования радиационной нагрузки. Специалисты также могут изменять магнитное поле по циклограмме полета, имитируя для растений условия космического полета с помощью специального оборудования.
Разработка пригодится не только на МКС, но и на перспективной Российской орбитальной станции (РОС), а также во время будущих полетов на Луну и Марс. Во время ее проектирования учитывались все возможные условия, а испытательные стенды университета способны имитировать условия полета в дальний космос.
В том числе, специалисты предусмотрели и различные варианты передачи данных на Землю. Она будет осуществляться с помощью телеметрии, а значит, космонавты смогут отправлять сведения о температуре, влажности, вибрациях, содержании этилена в режиме реального времени. В то же время на РОС возможности передачи данных будут гораздо шире ― можно будет передавать еще больше параметров.
Следующим шагом после оранжереи могут стать космические сады, считает Гросс. Однако произойдет это не скоро ― когда на Луне будут построены обитаемые базы. Это более сложная задача, при создании которой будет использован весь опыт, накопленный в предыдущих экспериментах. «Я представляю себе этот проект в виде зеленых мини-городов с замкнутым циклом воспроизводства растений. <…> Пока создать такой замкнутый цикл для жизни в космосе не получилось. Это остается одной из самых амбициозных научных задач», ― заключила специалист.
