В космосе выращивание растений


Растения в космосе: возможности космического сельского хозяйства

«Земля — это колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели». К. Э. Циолковский. Наша планета прекрасна, но уже становится тесноватой. Люди издавна всматривались в небесную высь, пытаясь рассмотреть там возможность жизни. И к определённому моменту человечество скопило достаточный багаж знаний, чтобы полёты в космос из грёз стали реальностью. 

Мы стоим в самом начале освоения космоса

57 лет назад человек вырвался из своей земной колыбели: 108 минут, проведённые первым космонавтом планеты Юрием Гагариным на околоземной орбите, открыли новую эру для человечества. С 1962 года по Указу Президиума Верховного Совета СССР 12 апреля отмечается День космонавтики. Но эта дата памятна не только для нашей страны, ведь в космосе пока нет границ. По резолюции ООН с 2011 года в этот день отмечают Международный день полёта человека в космос. 

А ещё земляне празднуют Юрьеву ночь — альтернативный, но ставший уже вполне официальным, праздник, получивший своё название по имени первого человека, покорившего космос. Он посвящён полёту Ю. Гагарина на корабле «Восток-1» и старту первого пилотируемого космического корабля американской программы Space Shuttle («Спейс шаттл»), совершённому в тот же апрельский день, но 20 лет спустя.

Будут ли расти деревья на Марсе? Возможность полёта человека в космос предсказал в своих трудах ещё К. Э. Циолковский, но гениальный учёный-самоучка считал, что это событие произойдёт гораздо позже. В своей фантастической повести «Вне Земли» (1918 год) он предположил, что впервые это сможет осуществиться только в 2017 году.  Сегодня повседневная работа на околоземной орбите и даже полёты космических аппаратов к другим планетам Солнечной системы стали уже вполне привычным делом. Не за горами попытка колонизации Марса или застройка Луны обитаемыми базами. Тем не менее сейчас мы стоим в самом начале пути освоения космоса, и в том числе — изучения возможностей космического сельского хозяйства и растениеводства.   На эволюцию всех форм жизни оказывают влияние разные факторы нашей родной планеты: интенсивность света, температура, солнечная радиация, гравитация. Как будут чувствовать себя земные живые организмы в космическом пространстве? Этот вопрос волновал умы учёных ещё в докосмическую эпоху, когда полёты за пределы нашей планеты были для человека невозможны.

Снаряд Жюля Верна для полётов в космос. Фото с сайта scifi.stackexchange.com Как видно из иллюстрации к роману Жюля Верна «Из пушки на Луну», уже тогда задумывались о том, что кроме запасов пищи и воды космическим путешественникам понадобятся растения. Одна из подписей на рисунке гласит: «Кустарники для посадки на Луне». Растения на космическом корабле нужны и в качестве источника пищи для путешественников, и как элемент системы, регенерирующей атмосферу корабля, и для утилизации отходов человеческой жизнедеятельности. А ещё (по наблюдениям многих космонавтов) зелёные пассажиры положительно влияют на психологический комфорт экипажа. В общем, всё точно так же, как и на Земле. 

Зелёные пассажиры положительно влияют на психологический комфорт экипажа. Фото с сайта 3dnews.ru   В случае реализации проектов по устройству колоний на других планетах (например, на Марсе) наиболее важными задачами для первопоселенцев станут следующие: создание озонового слоя для защиты от жёсткого солнечного излучения, формирование атмосферы, пригодной для дыхания, и автономное производство продуктов питания. И в решении этих задач колонистам помогут растения — так же как и на планете-прародительнице.  В работах основоположника современной теоретической космонавтики К. Э. Циолковского есть проект космической оранжереи. «Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера», — писал он в своей работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» в 1911 году. 

Страница рукописи К. Э. Циолковского «Альбом космических путешествий». 1933 год. Фото с сайта tsiolkovsky.tass.ru Правда, до сих пор выращивать растения на орбитальных станциях в таком количестве, чтобы они создавали искусственную атмосферу, не получается.  Идею космических оранжерей Циолковского более подробно разрабатывал Фридрих Артурович Цандер — создатель первой советской жидкотопливной ракеты. В своей квартире в 1915-1917 годах он проводил эксперименты по выращиванию овощей на субстрате из древесного угля и конструировал оранжерею «авиационной легкости». Оказалось, что запустить человека в космос было проще (ведь это произошло почти на полвека раньше, чем об этом мечтал Циолковский), чем развести там растения. Тем не менее они стали космонавтами раньше людей: первые растительные путешественники были на пятом советском космическом аппарате в экипаже с собаками Белкой и Стрелкой, сорока мышами и двумя крысами. «Спутник-5» был запущен в августе 1960 года. Традесканция, семена лука, пшеницы, гороха, кукурузы и зелёная водоросль хлорелла вместе с остальными животными-космонавтами успешно вернулись на Землю.  В 1963 году космонавтом В. Ф. Быковским на «Востоке-5» был совершён самый длительный одиночный полёт. Этот рекорд не побит до сих пор, и единственным спутником Валерия Фёдоровича в течении 5 суток полёта была водоросль хлорелла. 

Космические оранжереи «Фитон», «Светоблок» и «Оазис-1А». Фото с сайта testpilot.ru Планомерные работы по космическому растениеводству начались в 1962 году. Приведу цитаты из записных книжек С. П. Королёва.

«14.9.62 г. Надо бы начать разработку «Оранжереи по Циолковскому» (ОР) с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями» (?): каков состав этих посевов, какие культуры? их эффективность, полезность? обратимость (повторяемость) посевов из своих же семян из расчета длительного существования ОР? какие организации будут вести эти работы? по линии растениеводства (и вопросов почвы, влаги и т. д.), по линии механизации и пр. ОР, по линии «свето-тепло-солнечной» техники и систем ее регулирования и т. д. для ОР.

Видимо, к ОР надо одновременно начать разработку и «космической фермы» (КФ) для животных и птицы. Надо бы эту задачу уточнить — имеет ли она практический смысл для экологического цикла (институты Академии наук и Академии медицинских наук). Что можно иметь на борту ТМК или ТОО (либо в ОР) из декоративных растений, требующих минимума затрат и ухода?»

Установка для выращивания растений на борту космической станции. Музей космонавтики. Фото с сайта magspace.ru Эти заметки привели к созданию в 1972 году биотехнического комплекса замкнутого цикла «БИОС-3» — четырёх отсеков, заключённых в стальной параллелепипед с площадью основания 315 м². «БИОС-3» представлял собой замкнутый самодостаточный биотоп. В одном из четырёх отсеков размещался экипаж — три каюты, мастерская, туалет, душ, кают-компания. В другом около 30 м³ занимали колонии водорослей, ещё в двух отсеках — высшие растения. На посевных площадях в 1/5 сотки выращивались такие культуры, как пшеница, свекла, лук, морковь, огурцы, редис, листовая капуста, щавель и укроп. Комплекс прошёл успешные испытания, во время которых участники эксперимента обеспечивались растительной пищей, водой и воздухом почти полностью автономно — на 95%. К сожалению, космические корабли имеют строго ограниченный запас места и грузоподъёмности, поэтому небесные оранжереи, в которых космонавты проводят ботанические эксперименты, больше похожи на банку. Кроме ограниченного объёма, с выращиванием растений в космосе возникло множество сложностей как технического, так и физиологического характера. Питательный раствор в невесомости никак не хотел попадать к корням и разлетался водяными шариками, за которыми Г. Гречко гонялся с бумажными салфетками, горошины переувлажнялись и подгнивали. 

Ростки гороха и пшеницы в установке «Оазис-1». Фото с сайта zhurnalko.net Космонавтам удалось вырастить на борту горох, пшеницу, листовую капусту и лук. Но появилась новая проблема — растения полноценно развивались, внешне ничем не отличаясь от контрольных земных образцов, но не цвели. Чего только не пробовали: на орбитальную станцию отправляли тюльпаны со сформировавшимися бутонами, цветущие орхидеи (эпифиты, для которых в условиях Земли не важно, куда направлять корни). Но выгнанные луковицы тюльпанов так и не расцвели, а у орхидей на орбитальной станции осыпались лепестки уже имеющихся цветов. Ботаники предположили, что виной всему невесомость. Ещё Дарвин предположил, что земное притяжение влияет на направление роста корней и побегов, это явление называется геотропизм. Без тяготения растению сложно сориентироваться, куда направить свой рост, а кроме этого, в зелёном организме происходит нарушение газожидкостного обмена. Для решения этой проблемы стали использовать центрифугу, с помощью неё создавая силу тяжести. А также попробовали посредством электромагнитной стимуляции создать имитацию электромагнитного поля Земли. 

Резуховидка Таля. Фото с сайта kuleuven-kulak.be Успех пришёл в 1982 году на орбитальной станции «Салют-7» во время экспедиции А. Березового и В. Лебедева. В устройстве «Фитотрон-3» зацвела и дала стручки с семенами резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana). Это маленькое невзрачное растение используется ботаниками наподобие белых лабораторных мышей — арабидопсис присутствует во всех экспериментах.  Контейнер с цветущей резуховидкой космонавты галантно вручили второй женщине-космонавту Светлане Савицкой, когда она прибыла на станцию. Получив положительный результат с арабидопсисом, в космосе смогли вырастить и получить семена гороха, пшеницы, льна, а также заставить цвести декоративные растения. В следующем видеоролике вы можете увидеть видео-отчёт о первых свежих продуктах, выращенные в среде микрогравитации в космосе и попавших в меню космонавтов NASA, находящихся на борту Международной космической станции. 

Сегодня космонавты выращивают для своего стола самые разные овощи. А главное, продолжают исследования влияния микрогравитации на физиологию растений и функционирование всего биоценоза — взаимодействия почвенных организмов, высших растений, грибов, мхов. Все эти исследования станут базой для развития нового сельского хозяйства — космического.  Кстати, в истории отечественной космонавтики есть один символичный казус, впоследствии ставший традицией. Советские космонавты, помимо самых разных правительственных наград, имеют Медаль за освоение целинных земель — награду, вручавшуюся передовикам сельскохозяйственных работ за освоение целинных и залежных земель. В первый раз её вручил Гагарину прямо на месте приземления спускаемого аппарата председатель местного колхоза. После 1977 года таких медалей космонавтам больше не вручали.

P.S. В качестве наименований разделов публикации использованы названия научных работ и фантастических рассказов К. Э. Циолковского.

Развернуть ▼ Свернуть ▲

Предложения магазинов:

Статья размещена в разделах: праздники, статьи, досуг и отдых

4 спасибо за статью   в избранное 5477 просмотров

7dach.ru

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.

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.

vc.ru

Цветущие космонавты

С самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. «Чердак» вспоминает основные вехи космического растениеводства и рассказывает о его героях.

Почти два года назад, 16 января 2016 года, в космической оранжерее Veggie на американском сегменте МКС зацвела цинния. Астронавт Скотт Келли в своем восторженном твите назвал ее «первым цветком, зацветшим в космосе».

First ever flower grown in space makes its debut! #SpaceFlower #zinnia #YearInSpace pic.twitter.com/2uGYvwtLKr

— Scott Kelly (@StationCDRKelly) January 16, 2016

Восторг астронавта можно понять: он вырастил эти растения из семян, ухаживал за ними, спасал от засухи, наводнения и нашествия плесени. Но он ошибся. Растения в космосе и раньше неоднократно росли, цвели и даже давали семена. Еще Циолковский говорил о том, что растения необходимы человеку для освоения космоса, чтобы служить источником пищи и кислорода. И с самого начала космической эры растения сопровождают человека в освоении внеземного пространства. Однако в отличие от людей и животных они часто остаются безызвестными участниками космических полетов. Давайте вспомним основные вехи космического растениеводства.

Первым растением, зацветшим в космосе и давшим семена, стала Arabidopsis thaliana, или резуховидка Таля. Арабидопсис зацвел в 1982 году на советской космической станции «Салют-7», в микрооранжерее «Фитон-3», благодаря усилиям космонавтов Анатолия Березового и Валентина Лебедева. Мелкий невзрачный сорняк, который живет всего пару месяцев, цветет крохотными белыми цветочками и дает множество семян. За это его и полюбили молекулярные биологи и физиологи растений всего мира. Неприхотливый, занимает мало места, быстро растет и дает много материала. Последние десятилетия это основной объект генетики и молекулярной биологии растений. Эти его свойства — малый размер и неприхотливость — оказались удобны и для космических исследований. В космических аппаратах места мало и создать растениям идеальные условия непросто.

Микрооранжерея «Фитон». Фото: Малышев Николай, Сабаляускас Альгирдас/Фотохроника ТАСС

А вообще первым растением, которое побывало в космосе и вернулось обратно, была кукуруза. Ее семена отправились в суборбитальный полет в июле 1946 года на ракете «Фау-2» (V-2), собранной в США из немецких трофейных запчастей. Согласно директиве министерства обороны США, начиная с 1946 года на каждой запущенной ракете этой серии должны были находиться экспериментальные образцы для ученых. Семена кукурузы и плодовые мушки дрозофилы были первыми подобными образцами. Ученые планировали исследовать действие космической радиации на живые организмы.

Полностью по орбите вокруг Земли первыми из растений пролетели традесканция, водоросль хлорелла, семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. Они отправились в космос на втором «Спутнике» в 1960 году, вместе с Белкой и Стрелкой.

Первым растением, съеденным в космосе, стал лук. Его вырастили в 1978 году на космической станции «Салют-4» в установке «Оазис» космонавты Владимир Ковалёнок и Александр Иванченков. Задачей эксперимента было — отработать условия выращивания растений и получить от них цветы и плоды с семенами. У лука нужно было срезать несколько стрелок, чтобы он не сгнил. Александр Машинский, в то время один из руководителей биологической группы НПО «Энергия», рассказывает, что часть этих стрелок космонавты съели, даже не спросив разрешения начальства.

1979 год. Космонавты Владимир Ковалёнок (слева), Александр Иванченков и — лук. Фотохроника ТАСС

Первые растения, облетевшие Луну, — деревья пяти хвойных и лиственных пород: сосна, пихта, секвойя, платан и ликвидамбар (лиственное дерево, распространенное на востоке Северной Америки). Около 500 семян этих деревьев отправились в космос в 1971 году на корабле «Аполлон-14» вместе с Аланом Шепардом и Эдгаром Митчеллом. Пока Шепард и Митчелл работали на поверхности спутника, их коллега Стюарт Руса облетал Луну на командном модуле. В начале своей карьеры Руса был членом парашютного пожарного отряда лесной охраны, и у него остались знакомые в Службе леса США. Они попросили его взять с собой в космос семена.

После возвращения на Землю эти семена прорастили и получили около 450 саженцев. Их посадили на территории объектов НАСА, университетов, парков и государственных учреждений в США. Одно такое «лунное дерево», сосна, растет на территории Белого дома. Несколько саженцев были отправлены в другие страны, в том числе в качестве подарка императору Японии. Другие «лунные деревья» посадили рядом с их собратьями, выращенными из семян, оставшихся на Земле. Спустя годы после посадки эти деревья практически неотличимы.

Одно из лунных деревьев, растущее в Форт-Смите, в штате Арканзас. Фото: Jesse Berry / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Первое растение, «слетавшее» на Марс, — китайская капуста. Это листовая капуста, внешне похожая на салат-латук. Именно ее в оранжерее «Фитоцикл-СД» выращивали участники эксперимента «Марс-500» — пробного «полета» на Марс, который состоялся в 2010—2011 годах. В ангаре, стоящем на территории Института медико-биологических проблем РАН в Москве, построили макет марсианского корабля. В нем экипаж из шести человек провел 520 дней. За эти дни участники эксперимента отработали все этапы полета на Марс, включая выход на поверхность красной планеты, обрыв связи с Землей и даже пожар на корабле. В программу «полета» были включены и научные эксперименты, в том числе отработка методики выращивания китайской капусты в космической оранжерее, специально сконструированной для выращивания растений в невесомости. К сожалению, полакомиться свежей зеленью «космонавтам» не удалось: растения выросли мелкими и чахлыми. Предполагают, что причина этого — наличие в атмосфере «корабля» этилена и других газов, угнетающих рост растений. В реальном космическом корабле потребуется поставить воздушные фильтры на входе в отсек с оранжереей. Кроме капусты «космонавты» выращивали в обычной, земной оранжерее другие овощи — лук, сладкий перец, редис, томаты и пр. А в кают-компании стояла небольшая оранжерея для цветов.

«Марс-500». Ромен Шарль с оранжереей «Фитоцикл-СД», подготовленной к посадке семян. Фото: ИМБП

По-настоящему же на Марс пока — кроме роботов — никто не летал. На межпланетной станции «Фобос-грунт», которую планировали отправить к одному из спутников Марса — Фобосу, должны были лететь различные живые организмы, в том числе семена редиса и ячменя. Запуск состоялся 9 ноября 2011 года, но во время запуска не сработала маршевая пусковая установка, и станция осталась на низкой околоземной орбите. В январе 2012 года ее обломки упали в Тихий океан, семена погибли вместе с ними. Так что освоение Марса живыми существами еще впереди.

Первые растения, вышедшие в открытый космос, — несколько сельскохозяйственных растений и модельных объектов: горчица, рис, томат, редис, ячмень, арабидопсис и никандра. В 2007—2008 годах их семена провели тринадцать месяцев в специальном контейнере на внешней обшивке МКС, в рамках второго этапа эксперимента «Биориск». Первый этап, завершившийся в 2006 году, включал только бактерии и грибы — ученые пытались понять, насколько эти микроорганизмы могут повредить внешнюю обшивку станции. На втором этапе к эксперименту добавили и другие биологические объекты: семена растений, икринки рыб, яйца раков, личинки насекомых. Томаты не выдержали условий открытого космоса, а вот семена других растений сохранили всхожесть, и из них уже на Земле выросли нормальные растения.

Первые растения, выросшие в «марсианской» и «лунной» почвах, — 14 видов растений, участники эксперимента, который в 2013 году провели голландские ученые под руководством Вигера Вамелинка. Для эксперимента они взяли томаты, рожь, морковь, кресс-салат и несколько видов дикорастущих растений. Их вырастили на созданных в НАСА образцах почвы, по составу такой же, как марсианский и лунный грунт. На лунной почве семена плохо прорастали, растения выросли мелкими и хилыми.

Горшки с проростками в «марсианской» (M), «лунной» (L) и «земной» (Е) почве из эксперимента Вамелинка. Фото: Wamelink et al. / PLoS ONE / CC BY 4.0

А вот в марсианском грунте растения чувствовали себя хорошо и дали биомассу не хуже, чем у контрольных растений, выращенных в земном грунте с речного дна. А кресс-салат и дикорастущее растение полевая горчица даже дали семена. То есть в марсианской почве вполне реально пытаться вырастить растения, что будет полезно для будущих обитателей марсианской колонии. Но необходимы еще эксперименты, которые бы учли не только состав марсианской почвы, но и гравитацию, освещенность, состав атмосферы и другие условия.

chrdk.ru

Исследовательская работа "Огород на орбите или Растения в космосе"

«Растения в космосе» или «Огород на орбите»

Введение

Полет человека в околоземное космическое пространство – это величайшее событие не только XX века, но и всей истории человечества.

Полет Гагарина показал, что человек может летать в космос, может сохранять работоспособность и нормальное психическое состояние на всех этапах космического полета.

С начала космической эры пройдена огромная дистанция от 108 мин. Юрия Гагарина до 438 суток работы в космосе врача-космонавта Валерия Полякова. Общее время работы космонавтов на орбите уже превысила 42 года. Масштабы работ в космосе растут. Расширяется программа комплексных научных и прикладных исследований и экспериментов на пилотируемых орбитальных станциях: в области внеатмосферной астрономии, медицины, биологии, космической технологии, контроля природных ресурсов Земли. Увеличивается объем операций, проводимых на станциях: сборочные и монтажные работы по развертыванию крупногабаритных космических конструкций, ремонту спутников, обслуживанию межорбитальных буксиров.

Технические задачи определяют облик постоянно действующего орбитального комплекса. В его состав будут входить научно-исследовательские лаборатории, специализированные модули комфортабельные жилые блоки, мощная энергоустановка, заправочная станция, ремонтные мастерские, строительные площадки для сборки крупногабаритных конструкций (антенн, панелей солнечных батарей, базовых). Численностью экипажа составляет 9—12 человек.

Наряду с техническими возможностями предстоит создать более биологически полноценную и экологически обоснованную среду обитания, адекватную долговременным биологическим потребностям человека. На борту марсианского космического корабля необходимо создать аналог земной биосферы, активными компонентами которого будут человек, животные, растения, микроорганизмы. При этом на смену существующим системам придут системы жизнеобеспечения замкнутого цикла – круговорот веществ.

В связи с этим возникает необходимость углубленного изучения механизмов влияния условий космического полета, прежде всего невесомости, на процессы жизнедеятельности организмов различного уровня организации (микроорганизмы, грибы, высшие растения, насекомые, рыбы, земноводные и млекопитающие).

Актуальность. Изучив соответствующую литературу, я пришла к выводу, что проблема изучения приспособленности и выращивания растений на орбите, одна из самых важных в создании среды обитания человека в длительных космических экспедициях. Только растения способны производить органические вещества, необходимые для питания всех живых организмов. Только растения поглощают углекислый газ, очищают воздух и насыщают атмосферу кислородом.

Растения – главное звено в создании земной биосферы.

Цель: изучить результаты эколого-биологического эксперимента по выращиванию растений на борту международной космической станции.

Задачи:

  • Выяснить условия и методы проведения эколого-биологических экспериментов по выращиванию растений на борту МКС;

  • познакомится с устройствами, позволяющими выращивать растения в условиях невесомости;

  • изучить замкнутый биолого-технический комплекс для выращивания растений на борту МКС;

  • понять возможно ли использовать полученные знания для практического применения и проектирования решения экологических проблем.

Объект исследования: биологические эксперименты на МКС.

Предмет исследования: выращивание растений в условиях невесомости.

Методы исследования:

1. Изучение специальной литературы, интернет –ресурсов.

2. Обобщение и систематизация материала по данной теме.

Гипотеза: растения на борту космической станции обеспечат экипаж пищей, воздухом, создадут экологический и психологический микроклимат.

Основная часть «Растения в космосе»

Лабораторные исследование

Идея выращивать растения в космосе принадлежит Константину Циолковскому. Задолго до начала пилотируемых полётов он заявил, что зеленая флора в будущем станет главным источником питания и поддержания состава атмосферы на космических кораблях.

На растения в космическом пространстве действует ряд факторов, отсутствующих в земных условиях. Один из них — невесомость. Как растения переносят невесомость? Будут ли они нормально расти и развиваться в условиях космического полета? Вот почему ученые задумывались над ними еще до того, как был осуществлен полет человека в космос.

В лабораторных условиях невесомость имитируется вращением горизонтально расположенных растений вокруг своей продольной оси с помощью особого прибора — клиностата. Растение, вращаемое на клиностате, все время испытывает влияние земного притяжения, но не с одной стороны, а с разных. Вследствие этого оно растет горизонтально, тогда как без вращения корень изгибается вниз, а стебель — вверх.

Установлено, что «невесомость» подобного рода не сказалась на прорастании семян, однако в дальнейшем растения заметно отставали в развитии от экземпляров, находившихся в стационарных условиях или вращаемых вокруг вертикальной оси. Хотя внешние признаки отклонения от нормы отсутствовали, однако 35—40 процентов опытных растений начинали быстро желтеть.

Первые эксперименты по выращиванию растений в космосе

Для проведения экспериментов с растениями на космических станциях инженеры разработали ряд приборов, которые совершенствуются до сих пор. Первые попытки выращивания растений проводились в простых фитокассетах.

Проведенные в космосе опыты показали, что прорастание и первые фазы роста всходов гороха и пшеницы проходят без существенных отклонений от нормы, разница лишь в том, что земные проростки, испытывающие силу тяжести, ориентированы определенным образом: их стебельки располагаются параллельно друг другу. Иная картина в космосе: проростки хаотично тянутся во все стороны.

Успешно перенесли кратковременное пребывание в космосе лук, морковь, салат, огурцы, горчица, бобы. Вернувшись на Землю, они продолжали развиваться без существенных отклонений от нормы. Однако длительное пребывание в условиях невесомости оказало на них губительное воздействие: через две-три недели они начинали увядать, подобно тому, как они погибали на клиностате.

Космонавты В. Коваленок и А. Иванченков выращивали на орбитальной станции Салют - 6 резушку Таля (Arabidopsis tha- liana) — крошечное неприхотливое растение из семейства крестоцветных, встречающееся на железнодорожных насыпях. В земных условиях весь его жизненный цикл (от семени до семени) завершается всего за месяц. В космосе семена резушки успешно прорастали. У проростков формировались корни, стебли и листья. Однако, когда дело дошло до цветения, растения погибли.

На орбитальной станции «Салют-6» космонавты в соответствии с программой исследований, составленной учеными Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, изучали влияние факторов космического полета на рост грибов. Обычно их плодовые тела формируются в направлении, противоположном вектору силы тяжести. Ученые решили проверить, нельзя ли при помощи света компенсировать отсутствие гравитации. Эксперименты показали, что в некоторой степени это возможно. Так, на свету грибы образовывали плодовые тела, но значительно меньших размеров и неправильной формы — их ножки завивались вокруг оси. В то же время в темноте грибы не формировали плодовых тел.

Операция «Орхидея»

Добиться в космосе цветения растений было весьма заманчиво. Ввыбор остановили на эпифитных тропических орхидеях. Ботаники полагали, что эпифигный, то есть неназемный, образ жизни орхидей должен ослабить геотропическую реакцию. Ведь закрепление их корней в расщелинах коры, дуплах, развилках ветвей обусловлено прежде всего присутствием питательных веществ и воды. Корни орхидей способны расти в боковых направлениях и даже вверх в поисках подходящего субстрата. Эти растения обладают рекордной длительностью цветения — до шести месяцев. С учетом этих положений и было отобрано восемь видов орхидей.

Сконструировали, изготовили и испытали систему «Малахит-2» — фитокассету с двумя светильниками и четырьмя пеналами для растений. Пеналы заправили искусственной ионообменной почвой, которая в свое время была разработана для опытов в комплексе «Биос», а затем использовалась в установках «Оазис» и «Вазон».

Космонавты В. Рюмин и Л. Попов уже работают с «Малахитом» на борту орбитальной станции «Салют-6». Часть орхидей послали в космос расцветшими. Цветы опали почти сразу же, но сами растения дали прирост, у них образовались не только новые листья, но и воздушные корни. Даже без цветов они радовали космонавтов своей зеленью. Одно сознание того, что рядом с ними растения растут так же, как и на Земле, радовало космонавтов.

30 июля 1980 года В. Рюмин в телерепортаже сказал: «У нас есть система с растениями «Малахит». Так вот к прилету нашего друга Фам Туана из Вьетнама в ней даже цветок вырос». И он показал этот цветок.

Он был... искусно сделан космонавтами из бумаги.

Операция «Орхидея» многому научила. Хотя экзотические растения в космосе не зацвели, в отличие от своих наземных дублеров, почти непрерывно покрытых в течение всего эксперимента в контрольном «Малахите» яркими цветами, они продержались на «Салюте-6» почти полгода. Но стоило им вернуться в оранжерею ботанического сада на Земле, как растения сразу же вновь покрылись цветами.

Космические первоцветы

Существует ли выход из сложившейся ситуации? Да, есть. Он заключается в создании на космических летательных аппаратах искусственной силы тяжести. Об этом писал еще К. Э. Циолковский в работе «Цели воздухоплавания».

На борту орбитальной станции «Салют-7» отсутствие привычной для растений земной тяжести компенсировали центробежной силой, возникающей при вращении, и определенной формой магнитного поля. Для этого использовали установки «Биогравистат» и «Магнитогравистат». Космонавты стали свидетелями знаменательного события — в установке «Фитон» растение резушка Таля впервые прошло в космосе полный цикл развития — от семени до семени.

Чтобы помочь растениям справиться с невесомостью в установке «Оазис» применили электрическое поле подобное электромагнитному полю Земли. Прибывшей на станцию Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов резушки Таля.

Огород на орбите

Сегодня экспериментами с растениями занимается Институт медико-биологических проблем и все экипажи МКС. Для космонавтов, огородничество на орбите еще и источник хорошего настроения. Подготовка семян начинается еще на земле, и на орбиту они поставляются уже готовые к выращиванию. Основные растения для космонавтов: пшеница, горох и салат. Невесомость и гравитация никак не сказывается на всхожести растений. Выращивание нескольких поколений этих культур на орбите показало, что они не подвергаются генетическим изменениям и мутациям, и пригодны для выращивания и потребления в условиях длительных космических полётов. За время исследований было получено четыре вегетации гороха. Растения в каждом следующем поколении показали тот же уровень урожайности и репродуктивности.

В 2015 году в обновленной оранжерее космонавты начали культивировать такие культуры как рис, томаты и сладкий перец: их еще никогда не выращивали в космосе. Полученные данные будут необходимы для обеспечения биокультурами экипажей длительных экспедиций, в том числе и для полетов к Марсу.

К внеземным оранжереям будущего

На протяжении полутора лет на МКС проводился эксперимент, призванный выяснить, способны ли живые организмы выжить в условиях открытого космоса. В 2008 году ученые отправили на орбиту комплект различных биологических материалов: споры бактерий, семена, лишайники.

Образцы были помещены на наружной поверхности космической станции в специальном штативе. На протяжении всех полутора лет они постоянно подвергались воздействию жесткого излучения и огромным перепадам температур. В 2009-м году образцы были возвращены на Землю и переданы для лабораторных исследований. Самыми выносливыми из всех организмов, побывавших в космосе, оказались лишайники. Многие из них выжили и продолжили нормальный рост по возвращении на Землю.

Этот эксперимент показал, что идея об освоении и заселении других планет вполне реальна.

Заключение

Зеленое растение — необходимое звено замкнутой системы жизнеобеспечения в космосе. Именно оно должно снабжать космонавтов свежей, богатой витаминами пищей, производить кислород, поглощать углекислый газ. Научиться выращивать растения в невесомости очень важно уже сейчас, без этого совершенно не обойтись на длительно действующих станциях или при межпланетных полетах.

В ходе эксперимента ученые исследуют и воздействие растений на психическое состояние человека в условиях изоляции. Много лет собирают высказывания космонавтов о благотворном влиянии растений на психику. Такие эксперименты могут способствовать поддержанию хорошего морального состояния членов экипажа в течение длительного периода времени пребывания в космосе.

Исследование устойчивости земных организмов к условиям открытого космоса имеет большое практическое и научное значение. Живучие организмы ученые смогут использовать для подготовки к заселению других планет. Кроме того, обнаруженная у лишайников устойчивость к солнечной радиации уже заинтересовала компании, производящие солнцезащитные кремы.

Понимание важности и пользы выращивания растений в космосе позволит продолжить эксперимент и в дальнейшем расширить возможности освоение космоса.

infourok.ru


Смотрите также