Растения в космосе как растут: о секретах внеземного земледелия «ОГ» рассказал космонавт из Екатеринбурга Сергей Прокопьев: Общество: Облгазета

Чем закончились попытки российских, американских и китайских космонавтов вырастить растение в космосе — Будущее на vc.ru

Вырастили пшеницу, салат романо, цветы циннии и другие растения.

15 063
просмотров

Космический эксперимент «Растения»

Проверочный тест для оранжереи «Лада» с модулем выращивания растений продолжался с октября 2008 года по март 2010 года. Разработчиками миссии стали NASA, Университет штата Юта и Институт медико-биологических проблем РАН.

Космонавт Сергей Волков и оранжерея «Лада»

Цели миссии

• Внедрить технологию, необходимую для роста растений в условиях микрогравитации.
• Изучить вопросы, которые касаются безопасности продуктов питания.
• Проанализировать непищевую ценность растений, которые выращиваются на орбите.

Результаты

• В ходе исследования установлено, что растения могут нормально расти и размножаться в космосе при наличии благоприятной среды.
• Появление теплиц на космическом корабле предполагает перераспределение материалов, увеличение функциональной нагрузки, тщательный отбор растений и усовершенствование оборудования.
• Несмотря на отсутствие видимых трансформаций и изменения ДНК, растения могут «испытывать стресс» в космосе.

Во время эксперимента с МКС состыковался космический корабль «Союз ТМА-16». Командир экипажа Максим Сураев в своём блоге на сайте «Роскосмоса» делился успехами в проращивании пшеницы. Её космонавт посадил на борту ещё в 2009 году вместе с салатными листьями мизуна.

А я, когда салат сажал, нашёл оставшиеся от какой-то экспедиции семена пшеницы. И контрабандой их тоже посадил. Думаю, они так по свету соскучились, что решили по-быстренькому расти.

Максим Сураев

Максим Сураев и пророщенная пшеница

И вот, наконец, с Земли дали команду её срезать и положить в пакет и в холодильник. Я её заберу на Землю. А уж там учёные будут разбираться.

Не без сожаления я срезал свою пшеничку. Всё-таки она со мной на станции прожила почти пять месяцев.

Максим Сураев

В марте 2010 года экипаж «Союза ТМА-16» вернулся на Землю. В июле 2010 года, по сообщениям агентства «РИА Новости», эксперимент «Растения» в российском сегменте МКС приостановили из-за усиленной работы с модулями «Рассвет» и «Поиск».

В январе 2017 года в российском секторе МКС также отложили эксперимент по выращиванию перца. Официальной причиной стала авария космического грузовика «Прогресс», на борту которого находилась новая оранжерея «Лада-2».

Блог Дона Петтита «Письма на Землю»

С декабря 2011 года по июль 2013 года астронавт Дон Петтит следил за ростом растений в рамках миссий МКС-30 и МКС-31 и параллельно вёл блог «Письма на Землю». «Дневник космического цукини» — одна из самых популярных рубрик. Автор пишет от лица цукини, проросшего на МКС.

Также Петтит выращивал семена брокколи и подсолнуха.

5 января 2012 года

«Я взошел, ворвался в этом мир, и никто со мной не посоветовался. Я далеко не красавец и совсем не тот, кто своим видом вселяет трепет в сердце человека. Маленькие мальчики давятся мною за ужином, поэтому отправляются спать без десерта. Я растение неприхотливое и с большой душой. Я цуккини — и я в космосе».

17 июня 2012 года

«Я немного беспокоюсь о Брокколи, о Подсолнухе и о себе. Если Садовник (так Петтит называет себя в блоге) уйдёт, то кто же о нас позаботится? А как насчёт малыша Цуккини? Теперь он большой росток, готовый к самостоятельному ветвлению. Садовник говорил о том, что на нас нужно оказать давление. Я не уверен, что это значит, но звучит это как-то нехорошо».

24 июня 2012 года

«Подсолнечник готов к посеву семян! Правда, он выглядит увядающим, его лепестки коричневого цвета и некоторые семена не раскрылись. Это не совсем нормально, но мы живём на границе: здесь всё по-другому. Наверное, они просто не совсем готовы к происходящему».

29 июня 2012 года

«Садовник пересадил нас в новые сумки. На этот раз они очень маленькие, в них уместится только наш клубок корней и немного воды. Он сказал нам, что скоро уедет, и что мы позже вернёмся обратно в животе Дракона (имеется в виду ракета Dragon компании SpaceX)».

Космический эксперимент CARA

Эксперимент проходил с марта по сентябрь 2014 года, его разработкой занимался Центр развития науки в космосе (CASIS). Целью научного проекта лаборатории UF Space Plants Университета Флориды стало изучение характеристик поражения корней резуховидки (или арабидопсиса) — первого растения, выращенного в космосе.

Цели эксперимента

• Доставить необходимое оборудование на корабле SpaceX-3 Dragon.
• Изучить механизмы, которые влияют на рост корней в условиях отсутствия света и гравитации.
• Оценить работу генов, связанных с реакциями растений на космические условия.

В эксперименте молекулярных биологов и научных сотрудников Университета Флориды Роберта Ферла и Анны-Лизы Пол используются небольшие растения для оценки их клеточных реакций на космический полёт.

Результаты

• Согласно результатам эксперимента, невесомость не влияет на показатели ауксина — гормона роста у растений.
• Невесомость влияет на показатели гормона цитокинина, стимулирующего деление клеток, транспорт питательных веществ и замедляющего старение листьев. Изменение распределения этого гормона может быть причиной некоторых особенностей роста растений на МКС.

Космический эксперимент Veg-01

Проверочный тест для программного обеспечения Veggie продолжался с марта 2014 года по март 2016 года. Разработчиком эксперимента стал Космический центр Кеннеди NASA.

Цели миссии

• Доставить оборудование Veggie в рамках грузовой миссии SpaceX CRS-3.
• Изучить функции и производительность установки для выращивания растений и её корневых «подушек», которые содержат семена.
• Продемонстрировать рост растений на оборудовании Veggie на примере салатных листьев.
• Выяснить, смогут ли поддерживать продолжительный рост цветущие растения, например, циннии, на оборудовании Veggie.
• Изучить темпы роста и состояние растений для дальнейшего улучшения оборудования.

Результаты

В мае 2014 года астронавт МКС-39 Стив Свенсон активировал первые подушки с семенами в системе Veggie и начал ухаживать за ними. В октябре 2014 года пророщенные салатные листья собрали и отправили на Землю в космический центр Кеннеди для их исследования.

Микробиологический анализ безопасности первого урожая салата выглядит хорошо.

Джоя Масса, учёный NASA

В августе 2015 года члены 44 миссии NASA Скотт Келли и Челл Линдгрен вместе с Кимией Юи из японского агентства аэрокосмических исследований уже смогли попробовать салат романо, выращенный в рамках эксперимента.

В ноябре 2015 года Челл Линдгрен активировал подушки с семенами циннии, они проросли на борту МКС в декабре. Уже в январе 2016 года два растения начали цвести: этим событием поделился в своём Twitter-аккаунте командир МКС-46 Скотт Келли.

На официальном сайте NASA уточнили, что другие четыре циннии погибли, их экземпляры заморозили и отправили для исследования на Землю.

First ever flower grown in space makes its debut! #SpaceFlower #zinnia #YearInSpace

Космический эксперимент Veg-03 G/H/I

В июне 2018 эксперимент Veg-01 продолжился с новыми растениями на борту МКС, потенциальная дата окончания миссии — март 2019 года. Разработчиком эксперимента выступил Космический центр Кеннеди NASA при партнёрстве с ботаническим садом Fairchild Tropical.

Суть эксперимента

• Доставить необходимое оборудование в рамках пятнадцатой грузовой миссии SpaceX.
• Вырастить на орбите китайскую листовую капусту, кейл, васаби и красный салат-латук.
• Изучить процессы прорастания ревеня и базилика в космосе в рамках совместного проекта с компанией Space Tango.
• Выяснить, каким образом водоросли могут использоваться в космосе — как основа питания или как исходное сырьё для производства бумаги или пластика, в рамках исследования лаборатории Университета Флориды.

Так в космосе выращивают водоросли

Результаты: на официальной странице эксперимента обновлённой информации пока нет.

Космический полёт ракеты Blue Origin

18 декабря 2018 года Blue Origin запланировала космический полёт ракеты New Shepard с новым исследовательским проектом Университета Флориды на борту, но его пришлось отложить на начало 2019 года по техническим причинам.

In less than 12 hours the FLEX imager designed by the lab will be launched to space on @blueorigin #NewShepard to see how plants respond to space- a view of our plants inside the imager @UF @UF_IFASResearch @UFExplore @UF_IFAS

24 января 2019 года компания Джеффа Безоса успешно провела десятый беспилотный испытательный полёт ракеты New Shepard с образцами лаборатории UF Space Plants и камерой, отслеживающей их состояние в космосе.

#NewShepard flew 8 @NASA research & technology payloads to space today. It’s great to be part of the @NASA team. #NewShepard’s reusability is lowering launch costs — so students, scientists and entrepreneurs can explore new ways to use space to benefit Earth #NS10

Ответ на публикацию @blueorigin

Spent the last week @blueorigin launch site working on sending out plants to space!

Китайская миссия «Чанъэ-4»

15 января 2019 года китайский канал CCTV сообщил о том, что на Луне в условиях гравитации проросло одно из семян хлопка. На естественный спутник Земли их доставила автоматическая станция «Чанъэ-4», запущенная ещё в декабре 2018 года ракетой «Чанчжэн-3B/E».

Однако уже на следующий день, 16 января, стало известно, что растение погибло из-за наступления лунной ночи и резкого понижения температуры до –170 °C.

Другие семена и яйца плодовой мухи, оставшиеся на борту, тоже могут погибнуть в таких условиях. По словам представительства Национального космического управления Китая, они будут разлагаться в герметичном пространстве станции, чтобы избежать загрязнения поверхности Земли.

Что и зачем выращивают в космосе?

Люди давно мечтали о космических полетах, о покорении вселенной, о путешествиях по дальним галактикам. Но в любое дальнее путешествие с собой нужно брать большой набор продуктов. А если полёт планируется на годы? А может дальше и дольше?
У учёных родилась идея — создать на космическом корабле оранжерею, которая будет обеспечивать путешественников не только овощами и фруктами, но и кислородом, и водой… Легко придумать, а как реализовать?

Космический конус Циолковского

Первым идею — выращивать растения в космосе — выдвинул основоположник космонавтики Константин Циолковский. Задолго до начала пилотируемых полетов он заявил, что в будущем растения станут главным источником питания и поддержания атмосферы на космических кораблях. Он придумал и сделал зарисовку, как можно решить проблему невесомости и отсутствия гравитации в условиях космоса.

«Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса — слой влажной почвы с насаженными в ней растениями».

К.Э. Циолковский «Цели звездоплавания» 1929 год

В этой работе К. Э. Циолковский подробно описал не только, как можно искусственно создать гравитацию для растений, но и продумал, какие это должны быть растения: плодовитые, мелкие, без толстых стволов. По его задумке такие растения смогут обеспечивать колонизаторов космоса биологически активными веществами и микроэлементами, а также регенерировать кислород и воду.

За много десятилетий до полётов в космос Константин Эдуардович понял проблему с которой в будущем столкнулись космонавты — от консервированной и сублимированной пищи многие из них теряли аппетит, начиналась депрессия и ели только потому, что это было необходимо для поддержания сил.

Первым обратил на это внимание норвежский биолог Силе Вольф, который не мог найти логичного объяснения — почему космонавты в полёте часто теряют в весе. А причина оказалась проста — недостаток аппетита.

На орбите — горох и пшеница

Самые первые растения, которые побывали в космосе — это кукуруза, пшеница, горох и лук. Впервые семена этих растений поднялись на орбиту Земли в августе 1960 года — семьдесят лет назад. Этот полёт был во много необычным. Он известен, как полёт знаменитых собак Белки и Стрелки, которые не только побывали в космосе, но и благополучно вернулись на землю. Но далеко не все знают, что вместе с двумя собаками в этом полёте побывали сорок мышей, две крысы и семена растений.

Первое растение, выращенное и съеденное в космосе — это обычный зелёный лук. Это произошло в 1978 году на космической станции «Салют-4». Космонавтам Владимиру Ковалёнку и Александру Иванченкову удалось вырастить перья лука в установке «Оазис».

Эксперимент предусматривал не только вырастить растение, но и добиться процесса цветения и получение семян. Центральный пункт управления полётами разрешил срезать несколько перьев лука, чтобы он не гнил. Только позже стало известно, что часть лука космонавты съели без разрешения начальства — таким сильным было желание настоящей растительной пищи. Сейчас эта установка «Оазис-1» находится в Мемориальном музее космонавтики.

Установка «Оазис-1»

Безусловно, первые установки для выращивания растений в космосе были не совершенны. Их постоянно дорабатывали, модернизировали, придумывали новые: «Оазис»,»Вазон», «Лютик» и другие установки сначала проходили испытания на Северном полюсе, потом отправлялись в космос, но результаты каждый раз были непредсказуемыми…

Вот только один случай, описанный космонавтом Георгием Гречко в книге «Космонавт № 34». Гидропонная установка была без земли, и горошины прорастали в марле с водой и раствором. Космонавт заметил, что в одной кювете воды почти нет, а в другой — слишком много и горошины начали подгнивать. Воды во второй кювете было так много, что капли срывались и плавали по всей станции.
В итоге космонавт несколько часов собирал летающие капли салфеткой, Потом поливал горошины вручную. И едва не погубил весь эксперимент. Он решил, что ростки запутались в марле, и стал руками разбирать их. В итоге выяснилось, что он перепутал корешки и стебельки.

Эксперимент закончился благополучно — космонавту удалось добиться полного цикла: от семечка до взрослого стебля. Но из 36 зерен гороха, которые были в установке «Оазис», взошли и выросли только три.

Космические сады

1971 год

Мало кто знает — первый космический сад уже есть. Правда он существует не в космосе, а на Земле. Он был создан через восемь лет после выхода фильма — в 1971 году, когда на корабле «Аполлон-14» в космическое путешествие отправились семена пяти хвойных и лиственных пород: сосна, пихта, секвойя, платан и ликвидамбар. Эти семена не просто побывали в космосе, но вместе с астронавтом Стюартом Руса на командном модуле облетели вокруг Луны.

Когда «Аполлон-14» вернулся на Землю, семена высадили и получилось 450 саженцев, которые разослали по всему миру. Несколько растений специально были высажены рядом со своими собратьями и ровесниками. Прошли годы. «Лунные» деревья выросли и уже ничем не отличаются от своего окружения.

1980 год

Советские учёные разработали и отправили в космос установку для выращивания растений «Малахит». Перед ними была поставлена задача — чтобы в космосе цвели орхидеи. Эти цветы были выбраны неслучайно. Известно, что они прекрасно растут на створах деревьев, в самых неблагоприятных условиях. Орхидеи отправили на станцию уже цветущими. К сожалению, эксперимент не удался, лепестки опали, но листья и воздушные корни продолжали благополучно развиваться…

Что только не придумывали учёные, чтобы помочь растениям справиться с невесомостью и зацвести! Они стимулировали корневую систему электромагнитными волнами и создавали центрифуги, наподобие той, что была описана К.Э. Циолковским.

1982 год

Добиться цветения удалось только во время полёта космической станции «Салют-6», которая была выведена на орбиту в 1977 году и вернулась на землю в 1982 году. Именно в этом полёте (на космической станции за пять лет сменилось пять экипажей) удалось добиться невозможного. В установке «Светоблок» зацвёл арабидопсис.

Это скромное растение с мелкими белыми цветами ещё называют резуховидка Таля, и она является родственницей горчицы и обычной капусты. Она не просто расцвела на космической станции, но и дала семена. Впервые в космосе прошёл полный цикл развития растения: от семян до семян!

Это чудо удалось осуществить благодаря бортовой оранжерее «Светоблок», в которой учёные соединили систему дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электрического стимулирования корней, а также перемещение вегетационных сосудов с растениями относительно источника света.

2000 год

На космическую станцию была отправлена первая в мире автоматическая оранжерея. С её помощью космонавты в рамках эксперимента вырастили салаты, редис и пшеницу. Но настоящий прорыв произошел в 2014 году. На американской космической станции астронавтам в автоматической плантации удалось вырастить зелень не для опытов, а для обогащения рациона питания.

С тех пор космические путешественники могут питаться свежими салатами, и добавлять лук, петрушку, укроп и сельдерей в другие блюда. Нужно только помнить, что питание на орбите — процесс специфический и мало напоминает земное застолье.

Какие растения выращивают на космическом огороде?

Картофель, морковь, свёкла и помидоры — привычные овощи и корнеплоды наших огородов ещё не скоро доберутся до космических просторов. Им требуется много земли и особые условия. Поэтому жареной картошечкой на орбите космонавты не смогут себя побаловать ещё пару десятилетий.

Так что же растёт на грядках в космосе?

Японская капуста Мизуна

На первом месте японская салатная капуста Мизуна — родственница нашего салата «Русалочка». Она осваивает космическое пространство уже более двадцати лет и восполняет витамины в организме космонавтов.

Растения гороха в оранжерее «Лада»

На втором месте — карликовый горох. Он поразил космонавтов: горох давал жизнеспособные семена пять раз подряд. Их снова и снова отправляли в космическую оранжерею и он благополучно рос, цвел и плодоносил. Поколение за поколением!

Пшеница в оранжерее «Лада-2»

На третьем месте — пшеница, которая тоже несколько раз давала семена в космосе: и на станции «Мир», и на международной космической станции (МКС).

Редис на Международной космической станции

На четвертом месте — обычная редиска. После долгих экспериментов удалось выбрать сорт, который наиболее хорошо чувствует себя на орбите. Это редис сорта «Cherry bomb», который успешно формируют корнеплоды даже в невесомости!

Можно ли вырастить урожай без земли?

Космические технологии, основа которых зародилась еще на Земле, доказывают, что многие растения прекрасно растут и развиваются вовсе без почвы. Идея не нова. Считается, что впервые она была предложена ещё в начале 17 века английским философом, политиком, экономистом Френсисом Бэконом.

Пришли столетия. Сегодня существуют две основные методики выращивания растения в космосе без почвы:

• Гидропоника — растения получают питательные вещества из субстрата, пропитанного водой.
• Аэропоника — когда корни оголены, а рядом установлены распылители, которые время от времени обволакивают корни легкой дымкой из крохотных капель питательного раствора.

«Космические растения живут в специальной оранжерее с искусственным субстратом. Она снабжена автоматическим поливом: там стоят датчики влажности, которые проводят измерения через определённые промежутки времени. Система сама подсчитывает, сколько воды нужно добавить, и сама поливает. При этом в поливную воду ничего не добавляется: питаются растения за счёт удобрений пролонгированного действия, внесённых в субстрат.
С невесомостью «зелёные космонавты» справляются так: корни удерживаются субстратом, а надземные части всегда тянутся к искусственному свету».

Маргарита Левинских, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ГНЦ РФ «Институт медико-биологических проблем»

Но и это — не окончательный вариант! Прообраз огромной космической оранжереи уже построен на немецкой антарктической станции «Neumayer-Station III», где учёные Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера выращивают огурцы, помидоры, сладкий перец и зелень. Это ещё раз подтверждает — все космические технологии берут своё начало на Земле.

Человечество готовится к дальним космическим путешествиям. А успех любой экспедиции на 99 процентов зависит от её подготовки. Поэтому нужно набраться терпения, и ждать когда «на Марсе будут яблони цвести»!

Космические пищевые технологии | Как выращивают растения в космосе

Чтобы отправиться в глубокий космос, например, на Марс, астронавты должны иметь возможность выращивать пищу самостоятельно, а не полагаться на заранее приготовленную пищу. Эксперименты по выяснению того, можно ли выращивать растения в космосе на Международной космической станции, прокладывают путь к тому, чтобы эти путешествия стали реальностью.

Идея о том, что люди колонизируют другую планету, годами захватывает воображение поклонников научной фантастики, и центральным элементом каждого сюжета является то, как выжить в бесплодной, неземной среде. Это делает возможность выращивания растений в космосе одной из самых захватывающих и обсуждаемых областей науки, стоящей за освоением космоса.

Ученые начали пытаться выращивать растения на местности, похожей на Марс, например, в пустыне Юта. ¹ Но поверхность Марса больше похожа на вулканическую породу и пепел, чем на почву, и содержит ядовитые для человека химические вещества. ² Ученые работают над тем, чтобы очистить каменистую поверхность от токсинов, но это не выглядит многообещающим решением проблемы выращивания пищи в космосе.

Выращивание продуктов питания из отходов

Чтобы выжить, растениям нужна почва, богатая углеродом и азотом, а также регулярная подача воды и углекислого газа. Это может показаться странным, но люди каким-то образом превращают каждый из этих продуктов в отходы. Более того, безопасное и гигиеничное хранение и транспортировка отходов является большой проблемой на космическом корабле. Одним из решений является создание системы, которая перерабатывает продукты жизнедеятельности человека и выращивает растения для еды, как на Земле. Это называется биорегенеративной системой жизнеобеспечения.

Забавный факт: На борту Международной космической станции (МКС) есть замкнутая система рециркуляции воды. Сточные воды улавливаются из мочи, пота и даже влаги из дыхания, затем отфильтровываются примеси. Полученная вода используется членами экипажа в пищу, в качестве питьевой воды и для купания. ³ Как бы странно это ни звучало, известный астронавт МКС Крис Хэдфилд утверждает, что «вода чище, чем вода, которую мы пьем дома». ⁴

Выращивание овощей на Международной космической станции

Почти 20 лет люди живут в космосе на Международной космической станции (МКС). За это время НАСА усердно работало над тем, чтобы обеспечить своих астронавтов питательной и вкусной пищей. Но есть так много расфасованных продуктов, которые можно съесть, прежде чем они соскучатся по свежим домашним продуктам. Это подтолкнуло исследователей НАСА к проведению экспериментов «Вегетарианский», целью которых является выращивание свежих фруктов и овощей на космической станции. И они увенчались успехом: с 2017 года астронавтам МКС удалось вырастить сорта салата, редис, горох, цветы циннии и подсолнухи. ⁵

Как они это делают? Семена высевают в «подушки для растений», небольшой пакет, содержащий кальцинированную глину — это почва, нагретая чуть ниже точки плавления для удаления влаги и микробов. ⁶ Каждая подушка содержит удобрение с контролируемым высвобождением и служит местом для укоренения семян.

В полете высушенные семена помещают в эти подушки для растений и поливают. Он установлен в «Veggie», камере, похожей на миниатюрную теплицу, которая обеспечивает правильные условия для прорастания и роста растений. ⁷ Цель состоит в том, чтобы вырастить растения нормального размера на как можно меньшем количестве почвы. Вода подается именно под корни. Для выращивания других растений используют методы гидропоники, когда вода подается непосредственно к корням, или аэропоники, когда вода подается к корням и нижней части стебля растения в виде водяного пара. Аэропоника дает особое преимущество некоторым растениям, поскольку она снижает потребность в почве и большой корневой системе для поглощения воды, а растение получает ее через водяной пар, обогащенный необходимыми ему питательными веществами.

Вегетарианская камера имеет предварительно запрограммированное светодиодное освещение для создания оптимальных условий для растений и дневных циклов освещения. Красный и синий свет используются в основном в «дневное время» растений, поскольку это световые частоты, которые они поглощают для фотосинтеза — зеленый свет отражается, что придает им характерный цвет. ⁷ В невесомости (условия невесомости в космосе) газы собираются в частях вегетарианской камеры, а не циркулируют. Неподвижный воздух означает, что устьица (поры на поверхности листьев, которые позволяют газам входить и выходить из растения) не могут получать углекислый газ, необходимый им для роста и фотосинтеза. Таким образом, вентиляторы в камере имеют решающее значение для поддержания циркуляции воздуха. ⁸ 

Исследователь НАСА и физиолог растений Рэй Уилер рассказывает больше о выращивании растений в космосе:

Вы также можете загрузить Подкаст FoodUnfolded на Apple Podcasts и Spotify.

Свежие продукты — залог счастья экипажа

В рамках последнего эксперимента на МКС «Овощ-04» члены экипажа получают более практический подход к уходу за растениями. Они помогают рассаде выйти из подушек, поливают растения и следят за их развитием. Помимо мнения космонавтов о вкусе и запахе овощей, их также спрашивают об их общем настроении после выращивания растений. ⁹

 Результаты эксперимента «Вег-04″ еще не известны, но данные свидетельствуют о том, что наличие в рационе чего-то нового и свежего с другим вкусом и текстурой оказывает большое влияние на экипаж, помогая им преодолеть » диетическая усталость» и добавление удовольствия к еде. Кроме того, занятие садоводством, которое напоминает экипажу дом, оказывает огромное положительное психологическое воздействие. Только представьте себе, что вы находитесь в космическом корабле, где каждая поверхность пластиковая, металлическая, панели управления и кнопки: это было описано как «экстремальная и враждебная среда». ⁷ Зеленая листва и уход за чем-то, что напоминает вам о доме, могут иметь огромное значение в таком месте, особенно если вы проведете там месяцы или даже годы. В конце концов, члену экипажа МКС Скотту Келли так понравились цветы циннии, которые он вырастил, что он сделал с ними селфи по всей космической станции, прежде чем, наконец, собрать букет для своих товарищей по команде в День святого Валентина 2016 года. ²

Если бы вы могли выбрать только один фрукт или овощ, который бы вы могли есть свежими всю оставшуюся жизнь, что бы это было? Дайте нам знать в комментариях ниже!

Магазин FoodUnFolded Журнал FoodUnFolded

Выращивание растений в космосе: USDA ARS

Добро пожаловать, доктор Уилер, в Под микроскопом:

UM – Во-первых, кого-то может удивить, что НАСА нанимает физиологов растений. Как вы попали в эту область и связались с НАСА?

RW – Я выполнил свою дипломную работу по гравитационной биологии растений по гранту НАСА для моего научного руководителя, а затем получил докторскую степень по изучению растений для приложений жизнеобеспечения, также по гранту НАСА. Это помогло мне подключиться к исследовательской работе НАСА в Космическом центре Кеннеди в конце XIX века.80-е годы.

UM – Не менее удивительно, что НАСА и ARS десятилетиями сотрудничали в проектах. Каковы некоторые успешные начинания этого партнерства и над чем вы сейчас работаете с ARS?

RW – В конце 80-х годов мы сотрудничали с исследователями ARS в области спектрального воздействия света на сельскохозяйственные культуры. В 1991 году мы выступили одним из спонсоров совещания по оптимизации продуктивности растений, а в середине0 с. В середине 2000-х годов был проведен космический эксперимент по изучению фиксации азота в условиях микрогравитации. Тестирование генетически модифицированной карликовой сливы в качестве кандидата на космическую культуру проводилось в период с 2014 по 2016 год. Текущее сотрудничество включает исследования микрозелени в качестве пищевой культуры, использование полезных грибов для стимулирования роста растений и использование гиперспектрального зондирования для мониторинга стресса растений.

В камере для выращивания растений в лаборатории космических наук о жизни KSC физиолог растений Рэй Уиллер проверяет редис, выращиваемый с использованием методов гидропоники. Уилер и другие коллеги исследуют рост растений при разных типах света, разных концентрациях CO2 и температурах. Лаборатория изучает различные аспекты биорегенеративной системы жизнеобеспечения. Такие исследования и развитие технологий будут иметь решающее значение для долгосрочного проживания людей в космосе. (Фото НАСА)

UM – Хорошо, давайте поговорим о еде и пространстве. Вы видите, как будущие коллеги выращивают себе еду в космосе, питаясь, по сути, свежими продуктами?

RW – Обязательно. Фактически, это уже происходит с американскими и другими астронавтами на Международной космической станции. Я думаю, что это будет продолжать расширяться по мере увеличения продолжительности миссий и расстояний. Я надеюсь, что некоторые из этих будущих астронавтов будут моими нынешними коллегами, но мы все коллегиальные в сообществе космических исследований.

UM – Для освоения космоса, скажем, в течение года, сколько места доступно для выращивания/хранения пищи?

RW – Как сообщество исследователей сельскохозяйственных культур, я думаю, мы все скажем, что чем больше свободного места, тем лучше, но мы понимаем, что будут ограничения. Мы знаем, что на космической станции есть два вегетарианских блока, и у нас есть около 0,3 м2 площади для выращивания. Лично я надеюсь, что мы сможем увеличить площадь хотя бы до 0,5 м2 с помощью системы выращивания овощей под названием OHALO, которую мы планируем протестировать на станции. Я думаю, что в будущем возможны дальнейшие увеличения для миссии на Марс. Когда мы доберемся до поверхности Луны и Марса, мы сможем перейти к более крупным системам выращивания сельскохозяйственных культур по мере расширения инфраструктуры миссии. Мы знаем, что при высокой интенсивности света и оптимизированных условиях выращивания культур 20-25 м2 посевов могут производить достаточное количество кислорода для одного человека и, возможно, около половины потребляемых человеком калорий; Тем не менее, наличие достаточного количества света и оптимизация роста являются ключом к достижению этих целей.

В качестве примера необходимого пространства потребуется только одна шестнадцатая баскетбольной площадки (16 x 16 футов) посевов, чтобы обеспечить кислородом одного человека, и примерно одна восьмая баскетбольной площадки (23 x 16 футов). 23 фута) сельскохозяйственных культур для обеспечения пищей и кислородом.

Экспериментальные камеры наземного блока для системы выращивания растений Veggie (справа) и усовершенствованной среды обитания растений (слева) в лаборатории внутри Центра обработки космической станции (SSPF) в Космическом центре Кеннеди НАСА во Флориде, май 16, 2019. (Фото NASA/Kim Shiflett)

UM – Какие культуры идеально подходят для выращивания в космосе и почему?

RW – Низкорослые (короткие) и высокоурожайные культуры будут первыми в списке. Кроме того, очень желателен высокий индекс урожая (когда большой процент растения съедается/используется). Типы культур будут варьироваться в зависимости от миссии. Для первых миссий, таких как космическая станция, мы в основном используем листовую зелень в качестве дополнительного питания. Для наземных условий в будущем с большими посевными площадями многие из тех же полевых культур, которые поддерживают нас на Земле, также будут хороши — зерновые, бобовые и корнеплодные/клубнеплодные культуры.

UM – Выращивание водорослей в космосе для потребления и получения кислорода изучается с 1950-х годов. Как продвигаются эти исследования, и являются ли водоросли по-прежнему жизнеспособным источником пищи для освоения космоса?

RW – Начиная с 60-х годов исследования водорослей шли то вверх, то вниз. Водоросли и цианобактерии (сине-зеленые водоросли), безусловно, являются жизнеспособными кандидатами на производство кислорода. По-прежнему существуют проблемы с тем, чтобы сделать их вкусными и приемлемыми для употребления в пищу или в качестве пищевых добавок.

UM – Выращивание продуктов питания в космосе сопряжено с определенными трудностями, в том числе с риском появления нежелательных гостей (вредителей). Как астронавты в настоящее время справляются с крошечными, может быть, микроскопическими автостопщиками?

RW – Я думаю, что если мы тщательно подготовим наши семена и материалы для размножения сельскохозяйственных культур, мы сможем отсеять очевидных вредителей, таких как насекомые, но микробы, такие как бактерии и грибки, будет невозможно полностью отсеять, поскольку космические корабли с люди не бесплодны. Мы можем дезинфицировать семена и другие растительные материалы, которые мы отправляем в космос, чтобы свести к минимуму или уменьшить риски, но микробные патогены могут попасть на борт космического корабля другими путями, и поэтому требуется комплексный подход к борьбе с вредителями (IPM). Если вы посмотрите на это с экологической точки зрения, у сельскохозяйственных культур, как и у людей, будет свой собственный связанный микробиом, и если вы поддерживаете разнообразный и здоровый микробиом, это может быть эффективным способом снижения рисков. Для агрессивных патогенов наилучшей мерой является предотвращение их попадания в космический корабль.

Астронавт НАСА Пегги Уитсон позирует с растениями капусты в мехах системы производства овощей (Veggie) в узле гармонии 2. Изображение было получено во время операций по окончательному сбору урожая (OPS) для эксперимента Veg-03. (Фото Пегги Уитсон)

UM – Вода, вероятно, будет важным аспектом выращивания пищи в космосе. Как мы можем гарантировать, что на борту будет достаточно воды как для потребления, так и для выращивания продуктов питания?

RW – Растениям действительно нужна вода для роста, но это, по сути, «сквозной» процесс, когда растения испаряют воду. Влага от испаряемой воды все еще находится внутри камеры для растений или космического корабля, поэтому ее можно конденсировать, обрабатывать и перерабатывать либо в качестве чистой воды для экипажа, либо повторно использовать для растений. Даже небольшое количество воды, попадающей в растительную ткань, будет сохранено, когда команда потребляет урожай или оставшаяся биомасса высушивается. Таким образом, задача «заправить» систему водой, необходимой для запуска цикла роста растений и восстановления воды, является сложной задачей. Это может стать большой проблемой для таких мест, как Марс, где перевозить много воды дорого, но мы все надеемся, что сможем найти «на месте» запасы воды/льда в таких местах, как поверхность Марса.

UM – Есть ли на Луне или Марсе подходящая почва для выращивания растений?

RW – Мы не знаем, но люди давно задавались этим вопросом. Если вы можете получить нужный размер частиц местной почвы (называемой реголитом), это должно сработать. Может ли он обеспечить много питательных веществ, все еще остается под вопросом. Необходимые питательные вещества, такие как азот, отсутствуют как в лунном, так и в марсианском реголите, поэтому использование реголита потребует дополнительных удобрений для хорошего роста.

UM – Мы говорили о различных проблемах выращивания экологичных свежих продуктов во время космических путешествий. Что сейчас является самой большой проблемой?

RW –  Я думаю, что важно избегать накопления любых потенциальных патогенов растений, как и на Земле. Кроме того, важно будет поддерживать систему в чистоте (например, между посадками) и все датчики и другие компоненты в рабочем состоянии. Скорее всего, нам придется выращивать несколько видов в общей среде, поэтому для устойчивости будет важно выяснить, как управлять ими, не конкурируя друг с другом.

Зелень горчицы Mizuna Mustard, часть эксперимента Veg-04A, растет в камере для выращивания растений Veggie на борту Международной космической станции 9 июля 2019 года. и насыщенное красным освещение, чтобы определить влияние различных коэффициентов освещенности на растения, выращенные в космосе на станции. (Фото НАСА)

UM – Это исследование может иметь серьезные последствия для сельского хозяйства на Земле. Можете ли вы описать пару проектов космических исследований, которые оказались полезными дома?

RW – Исследования НАСА по выращиванию сельскохозяйственных культур в контролируемых условиях на Земле разработали несколько концепций, которые теперь имеют широкое наземное применение. Например, исследование НАСА в Университете Висконсина в 1990 году проверило и запатентовало концепцию использования светоизлучающих диодов (СИД) для выращивания растений. Мы продолжили это исследование в Космическом центре Кеннеди с 1990-х по 2000-е годы. Теперь светодиоды используются во всем мире для выращивания сельскохозяйственных культур в контролируемой среде.

Kennedy управляла своей камерой для производства биомассы с конца 1980-х по 2000 год. В этой камере использовались вертикально установленные гидропонные полки и световые блоки, и, возможно, это был первый рабочий пример вертикальной фермы в мире. Вертикальное земледелие в настоящее время широко используется во всем мире. НАСА сделало это, потому что это был «эффективный по объему» подход, который был необходим для космоса. НАСА протестировало полевые культуры, такие как пшеница, соя, картофель, рис и сладкий картофель, в контролируемых условиях с использованием гидропонного выращивания, например, метода питательной пленки или NFT, в Кеннеди и аэропоники в Университете Висконсина. NFT и аэропоника в настоящее время используются производителями «семенного» картофеля в разных регионах мира для производства здорового посадочного материала картофеля.