Идёт приём заявок
Подать заявку 
Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Выбранный для просмотра документ Огород на орбите.pptx
Описание презентации по отдельным слайдам:
Огород на орбите Растения в космосе Исследовательский проект ученицы 8 класса МОУ-СОШ с. Подлесное Клычковой Оксаны Руководитель Максимова П.А.
Космическая эра человечества космосе В. Поляков 348 суток МКС Международный экипаж
Актуальность Выращивание растений на орбите одна из самых важных проблем в создании среды обитания человека в длительных космических экспедициях
Цель Изучить результаты эколого-биологического эксперимента по выращиванию растений на борту международной космической станции
Гипотеза Растения на борту космической станции обеспечат экипаж пищей, воздухом, создадут экологический и психологический микроклимат
Лабораторные исследования К. Циолковский родоначальник космонавтики Прибор — клиностат
Выращивание растений в космосе
Проростки в невесомости тянутся хаотично во все стороны
Космонавты В. Коваленок и А. Иванченков выращивали на станции Салют-6 Резушку Таля
Приборы для выращивания растений
Светлане Савицкой космонавты вручили небольшой букетик из цветов резушки Светлана Савицкая
Огородничество на орбите источник хорошего настроения
Выживаемость организмов в открытом космосе
Идея об освоении и заселении других планет вполне реальна.
Вывод При межпланетных полетах растения обеспечат космонавтов свежей, богатой витаминами пищей, кислородом, очистят воздух от пыли и углекислого газа Растения оказывают позитивное воздействие на психическое состояние человека на МКС Они позволят расширить возможности освоения космоса
И на Марсе будут яблони цвести!
Источники информации http://biblepravda.com/page.php? >
Выбранный для просмотра документ работа Огород на орбите.docx
«Растения в космосе» или «Огород на орбите»
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.
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.
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»
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.
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.
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.
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.
Человечеству потребовались все знания, собранные учёными за сотни лет, чтобы начать космические полёты. И тогда человек столкнулся с новой проблемой — для колонизации других планет и дальних перелётов нужно разработать замкнутую экосистему, в том числе — обеспечить космонавтов едой, водой и кислородом. Доставлять еду на Марс, который находится за 200 миллионов километров от Земли, дорого и сложно, логичнее будет найти такие способы производства продуктов, которые легко реализовать в полёте и на Красной планете.
Как на семена влияет микрогравитация? Какие овощи будут безвредны, если их вырастить в богатой тяжёлыми металлами почве Марса? Как обустроить плантацию на борту космического корабля? Учёные и космонавты уже более пятидесяти лет ищут ответы на эти вопросы.
На иллюстрации — российский космонавт Максим Сураев обнимает растения в установке «Лада» на борту Международной космической станции, 2014 год.
Константин Циолковский в «Целях звездоплавания» писал: «Вообразим себе длинную коническую поверхность или воронку, основание или широкое отверстие которой прикрыто прозрачной шаровой поверхностью. Она прямо обращена к Солнцу, а воронка вращается вокруг своей длинной оси (высоты). На непрозрачных внутренних стенках конуса — слой влажной почвы с насаженными в ней растениями». Так он предлагал искусственно создавать гравитацию для растений. Растения должны быть подобраны плодовитые, мелкие, без толстых стволов и не работающих на солнце частей. Так колонизаторов можно частично обеспечить биологически активными веществами и микроэлементами и регенерировать кислород и воду.
В 1962 году главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв ставил задачу: «Надо бы начать разработку «Оранжереи (ОР) по Циолковскому», с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над «космическими урожаями».
Рукопись К.Э. Циолковского «Альбом космических путешествий», 1933 год. Источник
СССР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли 4 октября 1957 года, спустя двадцать два года после смерти Циолковского. Уже в ноябре того же года в космос отправили дворняжку Лайку, первую из собак, которые должны были открыть путь в космос людям. Лайка погибла от перегрева всего за пять часов, хотя полёт рассчитали на неделю — на это время хватило бы кислорода и еды.
Полёт Белки и Стрелки в августе 1960 года был более успешен и для собак, и для сопровождающих их животных — сорока мышей и двух крыс. Вместе с этим «Ноевым ковчегом» советские учёные отправили в космос семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука. На Землю вся команда спустилась в контейнере, разработанном для будущих полётов человека. Но этого было мало — заниматься сельским хозяйством в космосе должен был начать человек.
Собака Лайка, первая собака на орбите Земли
В книге «Космос — землянам» лётчик-космонавт, член экспедиции «Союз-3» Георгий Береговой писал о том, что человеку свойственно ощущать причастность к земной природе, где бы он ни был: «Но когда оказываешься за пределами родной планеты, это воспринимается особенно остро. Обратите внимание, с каким волнением и теплотой рассказывают космонавты о том, как выглядит Земля с высоты орбиты. Ну а если вместе с ними путешествует в безжизненной пустоте космоса кусочек живого мира, то забота о «земляках» становится прямо-таки нежной. Даже когда эти «земляки» — зеленые стебли обыкновенного гороха. Именно его, кстати, выращивали на «Салюте-4» А. Губарев и Г. Гречко, а затем вновь посадили участники следующей экспедиций — П. Климук и В. Севастьянов».
На орбитальной станции «Салют-4», запущенной в 1974 году, была установка «Оазис» для культивирования растений в невесомости. Георгий Гречко писал в книге «Космонавт №34», что работа с системой была одним из самых интересных экспериментов в его полёте. Установка была гидропоническая, земли не было, горошины должны были прорастать в пропитанной марле. Вскоре после начала работы с «Оазисом» космонавт заметил, что в одну кювету вода не поступает, а в другую поступает слишком обильно, заставляя горошины подгнивать. Из установки срывались огромные капли воды, за которыми Гречко гонялся по станции с салфетками. Он отрезал шланг и стал поливать горошины вручную, пока несколько часов возился с аппаратом.
Космонавт признаётся, что из-за ненависти к биологии в школе чуть не загубил эксперимент. Он посчитал, что ростки путаются в ткани, растут неправильно, и освободил их от марли, но это не помогало. Оказалось, что он перепутал корешки со стеблями.
Эксперимент завершился успешно. Впервые в космосе растения прошли цикл от семени до взрослого стебля гороха. Но из 36 зерен взошли и выросли только три.
«Оазис-1» в Мемориальном музее космонавтики. Источник
Учёные предположили, что проблема возникла из-за генетически заложенной ориентации — проросток должен тянуться к свету, а корень — в противоположную сторону. Они усовершенствовали «Оазис», и следующая экспедиция взяла на орбиту новые семена.
Лук вырос. Виталий Севастьянов сообщил на Землю, что стрелки достигли десяти-пятнадцати сантиметров. «Какие стрелки, какого лука? Понимаем, это шутка, мы же вам давали горох, а не луковицы», — говорили с Земли. Бортинженер ответил, что из дома космонавты прихватили две луковицы, чтобы посадить их сверх плана, и успокоил учёных — горошины почти все взошли.
Но растения отказывались цвести. На этой стадии они погибали. Такая же судьба ждала тюльпаны, которые в установке «Лютик» на Северном полюсе распустились, а в космосе — нет.
Зато лук можно было есть, что успешно делали в 1978 году космонавты В. Коваленок и А. Иванченков: «Вот хорошо поработали. Может быть, теперь нам в награду и луковицу разрешат съесть».
Техника — молодёжи, 1983-04, страница 6. Горох в установке «Оазис»
Космонавты В. Рюмин и Л. Попов в апреле 1980 года получили установку «Малахит» с цветущими орхидеями. Орхидеи крепятся в коре деревьев и в дуплах, и учёные посчитали, что они могут быть менее подвержены геотропизму — способности органов растений располагаться и расти в определённом направлении относительно центра земного шара. Цветки через несколько дней опали, но при этом у орхидей образовались новые листья и воздушные корни. Ещё чуть позже советско-вьетнамский экипаж из В. Горбатко и Фам Туай привёзли с собой подрощенный арабидопсис.
Растения не хотели цвести. Семена всходили, но, например, орхидея не зацвела в космосе. Учёным нужно было помочь растениям справиться с невесомостью. Это делали в том числе с помощью электростимуляции корневой зоны: учёные считали, что электромагнитное поле Земли может влиять на рост. Ещё один способ предполагал описанный Циолковским план по созданию искусственной гравитации — растения выращивались в центрифуге. Центрифуга помогла — ростки ориентировались вдоль вектора центробежной силы. Наконец космонавты добились своего. В «Светоблоке» зацвёл Арабидопсис.
Слева на изображении ниже — оранжерея «Фитон» на борту «Салют-7». Впервые в этой орбитальной оранжерее Резуховидка Таля (Арабидопсис) прошла полный цикл развития и дала семена. Посредине — «Светоблок», в которой на борту «Салют-6» Арабидопсис впервые зацвёл. Справа — бортовая оранжерея «Оазис-1А» на станции «Салют-7»: она была оснащена системой дозированного полуавтоматического полива, аэрации и электростимулирования корней и могла перемещать вегетационные сосуды с растениями относительно источника света.
«Фитон», «Светоблок» и «Оазис-1А»
Установка «Трапеция» для исследования роста и развития растений. Источник
Наборы с семенами
Бортовой журнал станции «Салют-7», зарисовки Светланы Савицкой
На станции «Мир» была установлена первая в мире автоматическая оранжерея «Свет». Российские космонавты в 1990-2000-х годах провели в этой оранжерее шесть экспериментов. Они растили салаты, редис и пшеницу. В 1996-1997 годах Институт медико-биологических проблем РАН планировал вырастить семена растений, полученные в космосе — то есть поработать с двумя поколениями растений. Для эксперимента выбрали гибрид дикой капусты высотой около двадцати сантиметров. У растения был один минус — космонавтам нужно было заниматься опылением.
Результат был интересный — семена второго поколения в космосе получили, и они даже взошли. Но растения выросли до шести сантиметров вместо двадцати пяти. Маргарита Левинских, научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН, рассказывает, что ювелирную работу по опылению растений выполнял американский астронавт Майкл Фоссум.
Видео Роскосмоса о выращивании растений в космосе. На 4:38 — растения на станции «Мир»
В апреле 2014 года грузовой корабль Dragon SpaceX доставил на Международную космическую станцию установку для выращивания зелени Veggie, а в марте астронавты начали тестировать орбитальную плантацию. Установка контролирует свет и поступление питательных веществ. В августе 2015 в меню астронавтов включили свежую зелень, выращенную в условиях микрогравитации.
Выращенный на Международной космической станции салат
Так плантация на космической станции может выглядеть в будущем
В российском сегменте Международной космической станции действует оранжерея «Лада» для эксперимента «Растения-2». В конце 2016 или начале 2017 года на борту появится версия «Лада-2». Над этими проектами работает Институт медико-биологических проблем РАН.
Космическая растениеводство не ограничивается экспериментами в невесомости. Человеку для колонизации других планет придётся развивать сельское хозяйство на грунте, который отличается от земного, и в атмосфере, имеющей иной состав. В 2014 году биолог Майкл Маутнер вырастил спаржу с картофелем на метеоритном грунте. Чтоб получить пригодную для выращивания почву, метеорит был размолот в порошок. Опытным путём он сумел доказать, что на грунте внеземного происхождения могут произрасти бактерии, микроскопические грибы и растения. Материал большинства астероидов содержит фосфаты, нитраты и иногда воду.
Спаржа, выросшая на метеоритном грунте
В случае с Марсом, где много песка и пыли, измельчение породы не понадобится. Но возникнет другая проблема — состав почвы. В грунте Марса есть тяжёлые металлы, повышенное количество которых в растениях опасно для человека. Учёные из Голландии имитировали марсианскую почву и с 2013 года вырастили на ней десять урожаев нескольких видов растений.
В результате эксперимента учёные выяснили, что содержание тяжёлых металлов в выращенных на имитированном марсианском грунте горохе, редисе, ржи и помидорах не опасно для человека. Картофель и другие культуры учёные продолжают исследовать.
Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images
Содержание металлов в урожае, собранном на Земле и на симуляциях почвы Луны и Марса
Одной из важных задач является создание замкнутого цикла жизнеобеспечения. Растения получают углекислый газ и отходы жизнедеятельности экипажа, взамен отдают кислород и производят еду. Учёные проверяли возможность использования в пищу одноклеточной водоросли хлореллы, содержащей 45% белка и по 20% жиров и углеводов. Но эта в теории питательная еда не усваивается человеком из-за плотной клеточной стенки. Существуют способы решения данной проблемы. Можно расщеплять клеточные стенки технологическими методами, используя термообработку, мелки помол или другие способы. Можно брать с собой разработанные специально для хлореллы ферменты, которые космонавты будут принимать с едой. Учёные могут и вывести ГМО-хлореллу, стенку которой человеческие ферменты смогут расщепить. Хлореллой для питания в космосе сейчас не занимаются, но используют в замкнутых экосистемах для производства кислорода.
Эксперимент с хлореллой проводили на борту орбитальной станции «Салют-6». В 1970-е годы ещё считали, что пребывание в микрогравитации не оказывает отрицательного влияния на человеческий организм — слишком было мало информации. Изучить влияние на живые организмы пытались и с помощью хлореллы, жизненный цикл которой длится всего четыре часа. Её удобно было сравнивать с хлореллой, выращенной на Земле.
Источник
Прибор ИФС-2 предназначался для выращивания грибов, культур тканей и микроорганизмов, водных животных. Источник
С 70-х годов в СССР проводили эксперименты по замкнутым системам. В 1972 году началась работа «БИОС-3» — эта система действует и сейчас. Комплекс оснащён камерами для выращивания растений в регулируемых искусственных условиях — фитотронами. В них выращивали пшеницу, сою, салат чуфу, морковь, редис, свёклу, картофель, огурцы, щавель, капусту, укроп и лук. Учёные смогли достичь почти на 100% замкнутый цикл по воде и воздуху и до 50-80% — по питанию. Главные цели Международного центра замкнутых экологических систем — изучить принципы функционирования таких систем различной степени сложности и разработать научные основы их создания.
Одним из громких экспериментов, симулирующих перелёт к Марсу и возвращение на Землю, был «Марс-500». В течение 519 дней шесть добровольцев находились в замкнутом комплексе. Эксперимент организовали Рокосмос и Российская академия наук, а партнёром стало Европейское космическое агентство. На “борту корабля” были две оранжереи — в одной рос салат, в другой — горох. В данном случае целью было не вырастить растения в приближенных к космическим условиям, а выяснить, насколько растения важны для экипажа. Поэтому дверцы оранжереи заклеили непрозрачной плёнкой и установили датчик, фиксирующий каждое открывание. На фото слева член экипажа «Марс-500» Марина Тугушева работает с оранжереями в рамках эксперимента.
Ещё один эксперимент на «борту» «Марс-500» — GreenHouse. В видео ниже член экспедиции Алексей Ситнев рассказывает об эксперименте и показывает оранжерею с различными растениями.
У человека будет много шансов умереть на Марсе. Он рискует разбиться при посадке, замёрзнуть на поверхности или же просто не долететь. И, конечно, умереть от голода. Растениеводство необходимо для образования колонии, и учёные и космонавты работают в этом направлении, показывая удачные примеры выращивания некоторых видов не только в условиях микрогравитации, но и в имитированном грунте Марса и Луны. У космических колонистов определенно будет возможность повторить успех Марка Уотни.
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».
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.
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.
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.
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.
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.
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.