Первые эксперименты с космическими огородами
Первой попыткой доставки будущих растений в космос был полет специально подготовленных штаммов семян на борту ракеты «ФАУ-2», запущенной США 9 июля 1946 года. Но обнаружить их впоследствии не смогли.
Следом, 30 июля 1946 года, отправились семена кукурузы, а за ними последовали рожь и хлопок. С помощью этих пробных полетов ученые Гарвардского университета и Военно-морской исследовательской лаборатории США изучали влияние радиационного воздействия на живые ткани.
Советский беспилотный космический корабль «Космос-110» стартовал с Земли 22 сентября 1966 года с целым набором биологического материала: дрожжи, образцы сыворотки крови, белковые препараты, бактерии. Главными орбитальным путешественниками этой миссии были собаки — Ветерок и Уголек, которые провели в невесомости 22 дня. А вместе с ними отправились и семена салата-латука, капусты и нескольких видов бобовых. За время путешествия семена успели прорасти, причем быстрее, чем контрольные образцы на Земле. И урожайность была выше, чем у земных собратьев.
В 1971 году на борту «Аполлон-14» отправились в путь вокруг Луны 500 семян деревьев. После возвращения на Землю, их прорастили и высадили рядом с заранее подготовленными земными образцами. По прошествии 40 лет разницы в развитии земных и «лунных» деревьев не заметили.
Наступила эпоха космических станций, а вместе с ними появилась возможность проращивать и наблюдать растения на орбите в течение длительного времени. Первая опытная зелень, выращенная и съеденная в космосе, — всем известный зеленый лук. Его удалось получить космонавтам Владимиру Коваленко и Александру Иванченкову на борту космической станции «Салют-4» в 1978 году.
Экипаж станции «Салют-7», запущенной на околоземную орбиту в 1982 году, провел эксперимент с помощью опытной мини-теплицы и прорастил семена кресс-салата. Это были первые растения, которые смогли вырасти, зацвести и дать семена в условиях космоса.
Развитие технологии
Исследования растений продолжались на Международной космической станции.
Космонавты выращивали салат-латук, китайскую капусту, редис и горох. А интернациональный экипаж 44-й экспедиции на МКС в 2015 году вырастил, собрал и с удовольствием употребил в пищу урожай красного салата ромэн.
Огороды используются не только в целях оживления рациона космонавтов, но и для создания позитивного настроения. Так в 2012 году на МКС расцвел первый подсолнух, а четырьмя годами позже американские астронавты показали миру нежный цветок цинии, впервые родившийся в космосе.
В 2014 году на МКС доставили систему для выращивания зелени и овощей «Veggie». Экспериментальный комплекс обеспечивает снабжение будущего урожая светом и питательными веществами. Каждое растение живет и развивается в «подушке» из питательной среды на основе глины с удобрениями. Группа светодиодов над растениями создает необходимый световой спектр, а также ориентир для направления роста. Ведь в условиях космической теплицы растения лишены естественного света, к которому они тянутся на Земле.
«Veggie» умеет выращивать три вида салата-латука, китайскую капусту, горчицу Мизуна, красную капусту и цветы цинии для настроения. Часть урожая собиралась экипажем и употреблялась в пищу, а часть отправлялась на Землю для исследований.
На смену «Veggie» в 2017 году пришел более усовершенствованный комплекс «Advanced Plant Habitat» (APH). Это полностью автоматизированная закрытая система жизнеобеспечения растений, оснащенная более чем 180 датчиками, которые находятся в постоянном контакте со специалистами на Земле. Подача воды, регулировка уровня влажности и температуры производятся автоматически, а значит экипажу не требуется ежедневно отвлекаться на огородные дела. А в ноябре 2020 года космонавты собрали первый урожай редиса на МКС.
Конечно, пока сложно представить космические урожаи картошки, моркови, свеклы и прочих обитателей земных грядок. Все они требуют большого объема земли и определенных условий. Но приятное дополнение к рациону уже замечательно развивается на орбите: несколько видов салата-латук, китайская и красная капуста, горчица Мизуна, редис, горох, пшеница.
Чем опасна для здоровья космическая зелень
Однако, не все настолько радужно. Ученые Дэлаверского университета выяснили, что зелень, выращенная на орбите, более восприимчива к воздействию патогенных микроорганизмов, например, Salmonella enterica, опасной для человека.
Патогенные микроорганизмы блокируют защитное смыкание листовых устьиц, что позволяет им беспрепятственно проникать во внутренние ткани листьев.
Космические урожаи давно используются для разнообразия питания экипажей и до сих пор сообщений о заболеваниях пищевого происхождения не поступало. Тем не менее патогены сохраняются на борту МКС и для решения проблемы восприимчивости зеленых насаждений, ученые предлагают стерилизовать семена перед отправкой в космос. А также изучают возможность коррекции генетики растений, чтобы листовые устьица широко не раскрывались в условиях космоса.
Перспективы орбитального растениеводства
Эксперименты с космическими огородами предназначены не только для разнообразия питания экипажей и обеспечения позитивного настроя от наблюдения орбитальных цветов. Их миссия обеспечивать людей свежим питанием в условиях жизни на других планетах.
В США в 2017 году разработали программу по освоению Луны — «Артемида» (Artemis) под руководством NASA. Первая миссия «Artemis I» отправилась к Луне в 2022 году. Вторая миссия запланирована на 2025 год, а высадка астронавтов на поверхность планеты на 2026 год.
В период с 2031 по 2035 год Россия и Китай планируют создание обитаемой Международной лунной станции. Евросоюз, Япония и Индия также планируют создание обитаемых баз на Луне.
А ввиду своего относительно недалекого расположения от Земли и природных характеристик, Марс имеет все шансы стать следующим кандидатом на заселение.
Как только первая колония появится за пределами Земли, туда отправятся и растения, чтобы помочь людям освоиться в их новой жизни. Но лунная и марсианская почва токсична для человека и не приспособлена для того, чтобы просто разбить грядки и выращивать помидоры. Необходимые растениям углерод и кислород тоже не задерживаются из-за отсутствия атмосферы. А как обеспечить поступление воды и солнечный свет в нужном количестве? Для этого человечество и выращивает космические огороды на орбите, и изучает способы адаптации зеленых насаждений.