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.
Вне Земли
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.
Путь к звёздам
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».
Промышленное освоение космоса
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%.
Свободное пространство
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.
Альбом космических путешествий
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.
