Астронавт Скотт Келли на фоне системы Veggie с выросшим на МКС салатом
Человеку для того, чтобы хорошо себя чувствовать, нужно не так уж и много: здоровый сон, физические упражнения, качественное питание и еще пара вещей. Питание здесь один из критических факторов. И этот фактор становится еще более важным, если речь идет о самочувствии человека на орбите. Отправляясь на орбиту на несколько месяцев, астронавты должны получать качественное питание со сбалансированным содержанием полезных веществ, включая витамины. Ну, а лучший способ получить витамины — включить в рацион свежие овощи и фрукты.
С фруктами дело обстоит не слишком хорошо (хотя время от времени они попадают на МКС), а вот овощи астронавты сейчас получают регулярно. Кроме того, специалисты НАСА разрабатывают программу выращивания растений прямо на МКС (часть программы уже реализована) или на борту космического корабля, который летит, к примеру, на Марс. Путешествие к Красной планете займет несколько месяцев, а доставлять на борт корабля продукты с Земли, как это делается для астронавтов на борту МКС, не получится. Поэтому ученые пришли к выводу, что следует научиться выращивать часть продуктов прямо на корабле.
Разработкой программы «фермы в космосе» занимается группа исследователей из Космического центра имени Джона Фицджеральда Кеннеди (Флорида, США).
Стоит отметить, что о том, что рацион астронавтов должен включать свежие овощи, заговорили только в 2014-2015 годах. До этого люди на орбите получали только обезвоженные продукты сухой заморозки, которые требуется подготовить особым образом, чтобы их можно было есть. На вкус астронавты не жалуются, но надо думать, что кроме такой еды им хочется чего-нибудь еще. Кстати, стоимость продуктов питания для космических путешественников очень высокая. С учетом доставки на орбиту цена получается около $20 000 за кг. Это чрезвычайно дорого, но по-другому не выходит. Если же выращивать часть продуктов уже в космосе, можно немного сэкономить.
Первые опыты уже показали неплохой результат: выращивать салат латук на борту МКС научились. Его вкусовые качества оказались вполне приемлемыми. Выращивание растений в космосе стало возможным благодаря специальной системе, разработанной НАСА. Эта система получила название Veggie. Ее впервые доставили на МКС в апреле 2014 года. А уже в августе 2015 в меню астронавтов была включена свежая зелень, выращенная в условиях микрогравитации.
И это не единственная система для выращивания растений на МКС. К примеру, в российском сегменте Международной космической станции работает космическая оранжерея «Лада», созданная специалистами Института медико-биологических проблем РАН.
Кроме Veggie и «Лада», существуют и другие разработки. НАСА сейчас активно развивает проект Advanced Plant Habitat (APH), в рамках которого идет создание еще одной системы по выращиванию растений в условиях микрогравитации. Внешне система похожа на увеличенную в несколько раз микроволновку. Внутри нее — микроклимат, который специалисты могут контролировать. В частности, можно изменять содержание кислорода, питательных веществ, заменять одни питательные вещества другими.
Новая система себе показала неплохо: ученым удалось уже вырастить Arabidopsis, это вид, близкий к капусте. В качестве освещения используется набор светодиодов. Управляет всем специальный компьютер, поскольку человеку контролировать все показатели достаточно сложно, а если речь будет идти о работе такой системы на орбите, то у астронавтов просто нет времени на то, чтобы уделять много внимания космической ферме.
По словам разработчиков, APH представляет собой «старшего брата Veggie». Компьютерная система, о которой шла речь выше, может автоматически настраивать микроклимат для выращивания различных видов растений. Вскоре Veggie заменят этой системой, ее планируют доставить в ходе нескольких последующих полетов к МКС. Одна из задач ученых, которые занимаются разработкой APH — вырастить на орбите некоторые виды растений, получить их семена, доставить их на Землю, снова вырастить, получить семена, отправить семена на МКС. На станции из этих семян снова получат растения, которые будут внимательно изучены. Таким образом, специалисты хотят понять, выдержат ли семена и растения транзит между МКС и Землей с постоянно изменяющейся гравитацией.
Один из руководителей проекта APH рассказывает о принципе работы системы (она тоже на фото). Источник: Daniel Oberhaus/Motherboard
Кроме APH, участники проекта разрабатывают и другие системы, где тестируются некоторые условия, характерные для МКС. В Космическом центре Кеннеди создано несколько помещений, в которых, наравне с другими параметрами, можно контролировать влажность или уровень углекислого газа. В этих помещениях тоже выращивают растения, чтобы проверить, как происходит их рост и развитие в условиях, отличных от земных (земной остается лишь гравитация). Здесь также изучаются растения, которые были выращены на МКС, а затем доставлены на Землю. В прошлую пятницу астронавты на МКС собрали очередной урожай. Пока что эти эксперименты проходят успешно, растения чувствуют себя хорошо. Астронавты же самостоятельно получают необходимое для питания количество овощей — пока это лишь салат и пекинская капуста.
Так выглядит пекинская капуста, выращенная на Земле, с повторением условий МКС
Интересный момент: на орбите, в условиях микрогравитации чувство вкуса у человека притупляется. Поэтому, чтобы получить больше удовольствия от еды, астронавтам нужны продукты с более высоким содержанием специй, соли и других компонентов, чем на Земле. Это одна из причин, по которой на МКС выращивают пекинскую капусту. У нее более резкий, ярко выраженный вкус, чем у того же салата. Плюс она быстро растет, а количество питательных веществ в ней выше, чем в некоторых других овощах.
НАСА изучает и долгосрочные аспекты выращивания растений в космосе. Этим занимается отдельная группа специалистов во главе с Ральфом Фритсше (Ralph Fritsche). По его словам, Veggie — лишь первый эксперимент в череде схожих проектов. APH — исследовательская платформа. Ученые должны понимать, что будет происходить в космосе с растениями, которые имеют долгий ряд «предков», не знавших никаких условий, кроме космоса. К сожалению, микрогравитацию ученые воспроизвести в своих лабораториях не в состоянии, но все остальные параметры микроклимата МКС можно воспроизвести без проблем.
Что касается микрогравитации, то провести проверку роста и развития растений в таких условиях очень важно, поскольку эти условия значительно отличаются от земных. Например, при микрогравитации вода ведет себя вовсе не так, как на Земле. На планете влага просачивается в грунт, где ее впитывают корни растений. А вот в космосе поливать тот же салат обычным способом нельзя. Вода просто соберется в шар и будет плавать по воздуху. Есть проблемы и с доставкой кислорода к тканям растений. Эти вопросы постепенно решаются, и НАСА уже реализовала ряд систем, которые помогают смоделировать эти особенности микрогравитации на Земле.
В числе прочих оригинальных решений инженеры НАСА предложили использовать специальный нейлоновый субстрат, созданный при помощи 3D принтера. Он играет роль почвы. Субстрат сформирован в виде куба. Семена располагаются в верхней части куба, а вода проникает в поры и задерживается в субстрате. Нейлон — гидрофильное соединение, так что молекулы воды, «прилипая» к молекулам нейлона, не выходят наружу, влага попадает туда, где нужна. Корни растений, проникая в куб, разветвляются и получают влагу в нужном для растения количестве. Ученые планируют проверить поведение своей системы в условиях микрогравитации в ходе полетов на спец. самолете НАСА. Если эксперимент пройдет удачно, нейлоновая ферма отправится на МКС для проведения дальнейших опытов. В этом проекте инженерам НАСА помогают ученые из Университета Юты.
Эта же система, по мнению Фритсше, подходит и для выращивания растений на Марсе. Там их растить будет даже проще, чем на МКС, поскольку на красной планете есть гравитация. Вода и газы ведут себя там таким же образом, как и на Земле.
Сейчас основная задача специалистов — добиться максимального увеличения массы растений за единицу времени, при минимальных затратах таких ресурсов, как вода и питательные вещества. В будущем, уверены в НАСА, системы типа APH будут распространены и на орбитальных станциях и на других планетах. Колонисты Марса, например, при помощи ферм типа APH смогут получать необходимые овощи к своему столу. Субстрат для растений, по словам Фритсше, может повторять текущую разработку — а 3D принтеры у колонистов будут.
Правда, есть и другие мнения. Так, ученые из Голландии с 2013 года проводят эксперимент по выращиванию растений на грунте, который, как они считают, аналогичен по структуре и составу грунту Марса. На этой среде выращено уже более десяти урожаев разных видов растений. Как оказалось, содержание тяжелых металлов в тканях выращенных растений не опасно для человека.
В целом, тематика космических ферм сейчас становится все более актуальной, поскольку люди планируют лететь не только на Марс, но и на Луну. Здесь тоже есть грунт, а если те же китайцы или индийцы будут добывать гелий-3, то им придется основывать на спутнике Земли долгосрочные поселения. Жителям таких поселений свежие овощи к столу также будут нужны.
Комментарии (32)
Arxitektor
27.02.2017 10:50-1И насекомых тоже забывать не стоит.
Я думаю как источник белка они тоже быстро растут.
Rikitiki
27.02.2017 11:00+2Я сейчас строю дома систему по автоматическому выращиванию зелени (посадил — собрал), но никак не могу найти информацию по оптимальному спектру, жаль в статьях ни слова об этом…
vconst
27.02.2017 11:56Не можете найти, потому что это, по большей части, маркетинговые выдумки, в теплицах используют лампы с максимальным КПД и все отлично растет
black_semargl
27.02.2017 15:50Тут вопрос в том, что растения зелёный отражают — поэтому нет смысла тратить на его излучение энергию.
vconst
27.02.2017 16:30На МКС — где каждый милливатт на счету, это имеет смысл. А в обычных условиях — попытка «сэкономить» не излучая определенную часть спектра, обойдется дороже, а смысл будет околонулевой.
black_semargl
27.02.2017 17:06+1При использовании светодиодов это получается «бесплатная» экономия — просто не припаиваем зелёный.
Ну и для серьёзных плантаций снижение расхода вдвое вполне приличная сумма.vconst
27.02.2017 17:11Для каких «серьезных плантаций»? Теплицы пользуют натриевые лампы — у светодиодов слишком плохое соотношение цена/КПД, только дома на подоконниках развлекаются красным освещением — а это под «серьезную плантацию» не тянет.
black_semargl
28.02.2017 04:40+1Уже начали…
vconst
28.02.2017 11:48Больше похоже на попытку эксперимента, а не на массовое применение. Или вообще фейк, потому что в таком свете зелень должна казаться черной, а она светло-малиновая.
black_semargl
28.02.2017 13:25" Японский учёный-исследователь Шигехару Шимамура выкупил старое заводское здание в префектуре Мияги, в котором раньше компания Sony производила полупроводники.
На общей площади более 2300 кв. метров, что составляет почти половину футбольного поля, он создал 18-ярусную теплицу в форме огромного куба.
Поддержку проекту исследователя оказала японская компания General Electric, которая и предоставила для выращивания овощных культур светодиодные светильники. На овощной ферме Шимамуры их используется около 17,5 тысяч. Как утверждает учёный, его теплица позволяет салату расти более чем в два раза быстрее, нежели в открытом грунте. А отходы в таких условиях составляют менее 3% получаемой биомассы против аналогичного показателя в 40% под открытым небом.
Благодаря всем этим факторам и стараниям создателей запущенная в 2014 году теплица на сегодняшний день уже способна производить до 10 тысяч кустов салата-латука ежедневно. Многоэтажная структура в сочетании с искусственным светодиодным освещением и гидропоникой позволило многократно увеличить продуктивность теплицы. Для понимания масштабов стоит сказать, что с одного квадратного метра «фермы» мистера Шимамуры можно получить столько же салата, сколько со ста кв. метров привычной формы огорода." (ц)vconst
28.02.2017 13:27+1И? Это и есть «попытка эксперимента», тем более там далеко не все освещаются красным светом, а прирост за сет гидропоники и многоэтажности.
Tomcrafd
01.03.2017 12:03уважаемый, что вы тут бредите? какие то" фейки" говорите, «маркетинговые выдумки» — если вы не в теме по светодиодам, то лучше бы промолчали.
HiMem-74
27.02.2017 13:25+1На форуме аквариумистов общее мнение гласит, что необходимо 2 цвета светодиодов — красный свет 660 нм и синий свет то ли 425 нм, то ли 445 нм. Насколько правы/ошибаются — судить не берусь, не биолог, вот такая вам информация в качестве старта поисков…
Rikitiki
27.02.2017 14:24это я знаю, вопрос только в их процентном соотношении, сейчас у меня на тесте 1 к 1 (красный 660 и синий 445). Но насколько мне удалось вычитать соотношение должно быть в сторону красных.
andrrrrr
27.02.2017 14:45китайцы вот такие светодиоды для гидропоники и теплиц продают: http://ali.pub/m1cqu
конкретно эти уже с интегрированным драйвером(или резистором) и можно сразу в 220 или 110 втыкать, к ним еще нужен радиатор для охлаждения.
если соберёте, расскажите что получилось, какие циклы освещения, полива и тд
очень интересно,
ссылку в личку плз, или копию, не всё из бездны всплывает наверх.
loly_girl
27.02.2017 19:34Когда я гуглила (меня от диодов отпугнула цена по сравнению с ртутными трубками), соотношение цветов менялось в зависимости от потребности, рост одним цветом, а набор питательных веществ других. Не знаю, насколько это обоснованно, но эксперимент можно легко автоматизировать. Думаю, нужно для каждой культуры подбирать своё соотношение, содержание каротиноидов у всех разное.
andrrrrr
01.03.2017 05:40вы слишком заморачиваетесь цветами, недостаток какого то цвета компенсируется яркостью.
можно и под обычными лампами накаливание, совсем неоптимально по соотношению цветов, но при достаточной яркости всё растёт.
ну и конечно будет неэкономно в плане траты эл.энергии.
раньше не было ни лсд для зелени, ни тем более светодиодов, освещали аквариумы обычными лампами накаливания или обычными белыми лсд, и всё в аквариуме росло, при достаточной яркости.
2morrowMan
27.02.2017 11:45+2Хорошо что ученые из Голандии подключились — жизнь на марсе обещает быть не такой уж скучной :)
Equin0x
01.03.2017 00:56+2Это еще не подтянулись энтузиасты выращивания «зелени» в шкафах, чемоданах и прочих подвальных помещениях. На их форумах наука бежит впереди планеты всей )
Kastrulya0001
28.02.2017 23:07«Лада» на МКС стоит старая, хоть и рабочая, а новая Лада-2 разбилась 1 декабря.
AntoBro
В августе 2015 года впервые астронавты и космонавты Международной космической станции пообедали с красным салатом «ромэн», выращенным в космосе
Моё мнения претендент на «невесомость» -микроскопические морские водоросли хлорера или хламидомонада — Рекордсмены по размножения: 1 кг их за 17 дней дает тонны биомассы. За сутки водоросли выделяют кислорода в 200 раз больше собственного объема.
bubuq
Куда же девать две тонны биомассы в космосе? И кислород они выделяют же тоже не из пустоты, а за счёт связывания CO2.
Хлореллу выращивали ещё в прошлом веке. Я так понимаю, проблема не в количествах калорий и белков, а в том, чтобы это было вкусно.
Siroejka
Вкус дело поправимое. Примерно 5 лет тому назад попробовал спирулину на вкус показалось гадость редкостная. Через пару месяцев провёл ещё одну дегустацию и организм воспринял вкус иначе. И так постепенно вот уже третий год практически постоянная добавка в салате. Дети 6 лет и 2,5 года тоже едят с аппетитом.
SvSh123
Хлорелла не только на вкус дрянь, она еще и воняет. Зато с ее помощью можно регенерировать и кислород, и воду, только свет подавай. Избыток биомассы можно скормить моллюскам, о них как-то подзабыли, а ведь они тоже в числе рекордсменов по эффективности переработки биомассы в собственный живой вес. С ними одна проблема: как заставить их расти в определенном месте, а не пытаться расселиться по всей доступной им гидросистеме корабля.
AntoBro
1. Взять не 1 кг, а 1/100 кг и получить 20кг. Полученную биомассу сьесть
2.На Землю «экспортировать».
Хлорелла, показания к применению
Дисбактериоз,
кандидоз,
интоксикация тяжелыми металлами, пестицидами, инсектицидами, фенолами;
острые и хронические воспалительные процессы бактериального и вирусного происхождения (ОРВИ (ОРЗ),
бронхиты,
фарингит,
герпес,
пиелонефрит,
цистит,
аднексит,
простатит,
диабет;
раны,
ожоги,
послеоперационный период;
атеросклероз;
алкоголизм;
участие в комплексной терапии онкозаболеваний и др.
3.А насчёт СО2, так не связывает она его. Это оксигенный фотосинтез сопровождающийся выделением кислорода в качестве побочного продукта.
4.В любом случае масса на орбите лишней не бывает( если она уже там на высоте 400 км и на скорости 8 км/с на халяву).
В случае чего: ДУ коррекции орбиты, или та же энергия.
voyager-1
Хлореллу уже пытались использовать в этих целях — ничего не получилось. На сколько слышал — проблема была в её толстой клеточной стенке, из-за которой она не переваривалась. В результате в экспериментах перешли на пшеницу + несколько других сельскохозяйственных культур.
Эксперименты показали, что аналог марсианского грунта — чуть ли не плодороднее земного, а вот лунный — ощутимо менее плодороден, и более гироскопичен (что требует больших начальных запасов воды), да ещё и в поверхностных слоях представляет из себя такую дрянь, которую ещё не факт что можно будет использовать (лунный реголит — это мелкодисперсная пыль, весьма липкая, и с острыми краями, выступающая в роли абразива). Да и некоторые бактерии — могут существовать на поверхности Марса уже сейчас, а в перспективе — большая часть растений, а вот на Луне никакой перспективы, с современными технологиями — не видно.А гелий-3 для термоядерных реакторов потребуется не раньше 2050-х (мы ещё самую «простую» реакцию D+T — с положительным выходом не можем зажечь, а тут — температура на порядок большая нужна). А если верить высказыванием всех подряд — база на Луне у нас уже есть, и у инийцев с американцами — вполне возможно точно такая же будет), а вот настоящая — на вряд ли.
black_semargl
Хлореллу да, не усваивает — но есть спирулина, есть съедобные виды ряски и т.д.
Есть основания полагать что лунный реголит после вымачивания совмещённого с механическим воздействием лишится острых краёв. А так да, он по сути битое стекло и есть.
loly_girl
Ряска — это не водоросль, а трава.
black_semargl
Ряска — трава, но растёт в воде
Equin0x
Сейчас хлореллу механически обрабатывают, именно ломая клетку для лучшей усвояемости. Обычно в названии есть слова broken cells. Да и японцы ее разводят и потребляют — только в путь, без всякого космоса, для земных желудков )
SvSh123
Ну да, можно и так. Собственно, такой фокус можно провернуть с любой травой. Но для этого нужно ее буквально стереть в пыль. С грибами, кстати, та же история. Можно, наверное, и так, но проще все-таки подобрать вид с менее плотной оболочкой, и выращивать для еды именно его.