Почему кормить космонавтов в дальнем космосе сложнее, чем кажется, и что с этим делать: исследование

Если один элемент ломается, рушится вся продовольственная сеть, и экипаж рискует умереть от голода. Во-первых, невозможно заранее упаковать все необходимое для пятилетней экспедиции на Марс. Это добавит тонны массы и кубические метры объемов, которые экипажу важно использовать для других нужд.

Следует учитывать и другие факторы. Один из них — окружающая среда. Радиация негативно влияет не только на людей, но и на продукты питания и бактерии. Пищу нельзя долго хранить при интенсивном космическом излучении. Даже если получится в течение 5 лет защищать от радиации продукты, под ее воздействием могут мутировать бактерии. Они станут опаснее, а уничтожить их будет тяжело. Экспедиция долго не продержится, если часть экипажа сляжет с пищевым отравлением.

Если пищу нельзя взять с собой с Земли, нужно произвести ее на месте, прямо в космосе. Ученые так часто предлагают способы выращивать растения и микроорганизмы во время дальних полетов, что это кажется легким. Это ощущение обманчиво: при любой системе продовольствия нужно в первую очередь наладить переработку мусора.

Например, передовая гидропонная установка может произвести много растений. Но если система жизнеобеспечения не способна переработать отходы от них, технология будет работать, только пока есть запасы сырья. Вдали от Земли они быстро закончатся. А еще нужно куда-то приспособить и отходы жизнедеятельности людей. Органические вещества из них могут удобрять растения, поэтому создание «закрытой» продовольственной системы — самая перспективная идея.

Для первых полетов на Марс отберут самых психологически устойчивых и проверенных людей. При этом во время многолетней экспедиции им все равно понадобится поднимать настроение. Ухаживать за растениями и готовить еду полезно для психики экипажа, потому что самая главная трудность работы в космосе — ее рутинность. Но эти занятия отнимают время от других задач: тогда космонавты меньше занимаются спортом или следят за навигацией. Нужно найти компромисс между пользой для настроения и временем на работу.

Космонавты также едят меньше, когда меню им надоедает. Именно поэтому на МКС его меняют раз в 16 дней. Если заставить человека 5 лет есть только постный борщ и печеный картофель, со временем он не только заболеет, но и начнет испытывать к своему рациону отвращение. Пищу без выраженного вкуса, текстуры и запаха экипаж скорее выбросит, чем съест. А недоедать во время долгой экспедиции смертельно опасно.

Проблемы также кроются в приготовлении пищи в невесомости или отличной от земной гравитации: физика привычных нам процессов, таких как жарка или варка, в таких условиях изменяется. Например, на Земле вода закипает при +100 °C, а на Марсе из-за очень низкого атмосферного давления (примерно в 160 раз меньше земного) она кипела бы при температуре от 0 °C до +10 °C. Жидкости также могут растекаться, изменять свою вязкость или просто убегать из посуды. Поэтому ученым придется не только создать пищевые системы, специально адаптированные для использования в таких условиях, но и научить космонавтов готовить вне Земли. Учитывая, что никто не делал это в дальнем космосе, задача трудная.

Чтобы создать надежную продовольственную систему для дальнего космоса, авторы предлагают конкретные шаги. Сначала они советуют создать цифровой двойник сети жизнеобеспечения. Эта модель покажет, как взаимодействуют технологии, а также что поступает в систему и что из нее выходит. Она поможет смоделировать сбои. Чтобы поломка не уничтожила всю сеть, систему надо сделать модульной: в ней детали легко заменить или поменять местами.

Наконец, алгоритмы нужно протестировать на Земле. Наземные испытания не воссоздадут условия невесомости, в которых экипаж будет готовить пищу, и не покажут влияние радиации глубокого космоса. Однако это логичная точка отсчета.

Ранее NASA объявило конкурс Deep Space Food Challenge с призовым фондом $750 тысяч. Участники разрабатывают интегрированные продовольственные сети, о которых говорится в статье. Ральф Фритче выступает профильным экспертом этого конкурса, что и вдохновило его написать текст. Когда конкурс завершится, у любителей космоса появится много пищи для размышлений. Авторы надеются, что участники не предложат кормить экипаж бактериями, которые устойчивы к радиации.

На обложке фото NASA