В России придумали новый способ выращивания овощей в космосе

Как вырастить в космосе хоть что-то – без гравитации, электромагнитного поля Земли и солнечного света? Уже более пятидесяти лет ученые разных стран бьются над этой проблемой. Часть экспериментов завершилась успешно, часть провалилась. Но лишь недавно впервые появилась возможность непрерывно выращивать сразу большой объем зелени.

Все дело в трубках

«Витаминная космическая оранжерея». Так называют «Витацикл-Т» – установку из титановых трубок, что позволяет в формате конвейера выращивать овощи на борту Международной космической станции (МКС). Ее разработали после того, как Россия потеряла собственную штатную оранжерею «Лада» в 2016 году – тогда ее модифицированная версия так и не долетела до орбиты, разбившись вместе с грузовым кораблем «Прогресс». 

Конструкция представляет собой вращающийся барабан из шести корневых модулей. Сначала засевается один модуль, через четыре дня – следующий и так далее. Через 24 дня созревает урожай в самом первом модуле, его срезают и высаживают новые семена. Все операции продолжаются по кругу, цикл роста занимает от 44 до 66 суток. За счет своей конструкции эта оранжерея производит больше зелени, чем любые другие аналоги.

Еще одно ноу-хау – система из титановых пористых трубок, которые пронизывают искусственный грунт наподобие сосудов и отвечают за водоснабжение.

«Просто полить растения в космосе нельзя: струя превратится в капли, которые разлетятся в разные стороны. А если подавать воду через капиллярную структуру корневого модуля, вода медленно просочится сквозь поры и попадет к корням растений», – рассказывает Максим Шевердяев, начальник отдела специальных неядерных материалов и технологий ВНИИНМ.  

При недостатке влаги в почвозаменителе в системе начинает расти разряжение, оно измеряется датчиками давления. Когда грунт становится слишком сухим, значение достигает пика, компьютер подает сигнал системе, и начинается подача воды.

Пока в новой оранжерее планируют выращивать только салат – это лишь способ разнообразить рацион космонавтов. Но она станет более актуальной, когда на дальних перелетах и для внеземной колонизации понадобится замкнутая автономная экосистема – с водой, едой и кислородом.

Ферма в космосе?

На самом деле, российским космонавтам уже удалось вырастить много орбитальных растений. Первые зерна культур отправились в космос еще на втором «Спутнике» в 1960 году, вместе с собаками Белкой и Стрелкой. Как на семена влияет микрогравитация? Безопасно ли есть «космический» урожай? Трансформируется ли ДНК растений во внеземных условиях? Многочисленные эксперименты были направлены на поиск соответствующих ответов, благодаря которым такая автономная система будет возможна.

Правда, растения выращивают в весьма компактной оранжерее – такие есть в американском сегменте МКС и до 2016 года были в российском. То есть речи о масштабной «грядке» до сих пор никогда не шло. 

«В невесомости они могут расти двумя способами. Растения либо цепляются за какую-то поверхность и вьются вдоль нее, либо начинают тянуться к свету – все зависит от их типа, –объясняет космонавт Сергей Прокопьев. – Выращивают растения обычно на гидропонике. В закрепленные на горизонтальной поверхности емкости с искусственным субстратом сеют семечко и создаются условия, чтобы через капсулу или оранжерею прогонялся воздух».

Вода или питательная жидкость обычно подаются автоматически, хотя до сих пор некоторые астронавты делают это вручную - с помощью шприца и трубки напрямую в субстрат. Но и к этой технологии путь был тернист.

В 1974 году на орбитальной станции «Салют-4» была гидропоническая установка «Оазис» – космонавт Георгий Гречко пытался вырастить в ней горох. Земли не было, горошины должны были прорастать в пропитанной марле. Вскоре после начала работы из установки начали «вытекать» огромные капли воды, за которыми Гречко пришлось гоняться по станции с салфетками. Он отрезал шланг и начал поливать горошины вручную.

Впрочем, это была не единственная проблема. В своей книге «Космонавт №34» он признался, что из-за ненависти к биологии в школе чуть не загубил весь эксперимент – он посчитал, что ростки путаются в ткани, растут неправильно, и освободил их от марли. Это, конечно, не помогло, потому что оказалось, что он перепутал корешки со стеблями. 

Несмотря на это, эксперимент закончился успешно. Горох прошел весь цикл – от семени до взрослого стебля. Но из 36 зерен взошли и выросли только 3. Почему? Ученые посчитали, что дело в генетически заложенной ориентации относительно земного шара, геотропизме: росток тянется к свету, а корень – в противоположную сторону. 

Имитация Земли 

После учета этого фактора установку усовершенствовали, на орбиту доставили новые семена и почти все из них проросли. Но растения отказывались цвести. Так было и с привезенными в 1980 году уже цветущими орхидеями. Через несколько дней на орбите цветы опали, хотя новые листья продолжали рост, как и воздушные корни. Тогда появилась теория, что критическое влияние тут имеет магнитное поле Земли.

Как решить эту проблему, описал основоположник космонавтики Константин Циолковский в своих трудах за много десятилетий до реальных экспериментов. Он разработал план по созданию искусственной гравитации – выращивать растения в центрифуге. Так что практическое решение этой проблемы существовало еще в 1933 году. В итоге центрифуга помогла – ростки ориентировались вдоль вектора центробежной силы. В ходе этого эксперимента на орбите зацвел Арабидопсис и Резуховидка.

После этого космонавты возили немало семян, успешно выращивали лук, пшеницу, салат, капусту и другие культуры. Причем даже в открытом космосе. В 2007-2008 проводился эксперимент «Биориск» – когда семена горчицы, риса, томата, редиса, ячменя, резуховидки и никандры 13 месяцев выращивали в контейнере на внешней обшивке МКС. Не выдержали только семена томата, а остальные по возвращению на Землю сохранили всхожесть. 

Есть растения с орбиты разрешается уже с 1980-х годов: тогда ученые на Земле обследовали космический урожай и убедились, что для человека он безопасен.