На факультете космических исследований МГУ строят оранжерею нового типа, чтобы обеспечить российских космонавтов свежей зеленью и овощами. Собранная из отечественных комплектующих оранжерея будет незаменимой на МКС, на обитаемых лунных базах и даже в полетах к далеким планетам, считают ученые. Подробнее ― в нашем интервью с ведущим специалистом отделом качества факультета космических исследований МГУ Анастасией Александровной Гросс.
Справка: Анастасия Александровна Гросс ― ведущий специалист отдела качества факультета космических исследований МГУ им. М.В. Ломоносова, ответственная за составление научной программы по биологии для оранжереи МКС/РОСС. Научная группа работает под руководством декана факультета В.В. Сазонова, главного технолога проекта М.В. Егорова и начальника отдела качества О.В. Морозова. На факультете космических исследований МГУ проводят уникальные научные исследования и эксперименты и готовят квалифицированных специалистов для эффективного использования результатов космической деятельности в решении фундаментальных и прикладных задач. МГУ на протяжении многих лет развивает собственную космическую программу. В 2005 г. вуз запустил в космос первый в России университетский спутник ― «Университетский — Татьяна».
― Что представляет собой ваша космическая оранжерея нового типа?
― Нашу оранжерею можно использовать в условиях невесомости на любых космических аппаратах, имеющих обитаемые отсеки, а ее уникальность заключается в модульной структуре: отдельные блоки можно собирать и разбирать, как конструктор, выбирая удобные размер и расположение. Раньше обслуживание оранжерей отнимало у космонавтов много времени, но наш оранжерейный комплекс обладает высокой автономностью (он практически автоматический) и участие экипажа здесь минимально. Кроме того, эта оранжерея дешевле, чем другие, и ее можно использовать не только в космосе, но и, например, в условиях Арктики.
― Какие растения в ней можно выращивать?
― Оранжерея позволяет выращивать любые растения высотой до 30 см. Под этот критерий подходит многое: горох, карликовые сорта помидоров и перцев, микрозелень и т.д. Камера оранжереи разделена на две части, куда вставляются специальные кассеты с семенами. Все растения, выращиваемые в новой оранжерее, будут съедобными. Мы хотим сделать так, чтобы все растения были разнообразными, в том числе визуально. Разнообразие имеет большое значение для поддержания здорового психологического состояния космонавтов. Мы надеемся, что благодаря такой «траве у дома» они почувствуют себя ближе к Земле.
― Это действительно работает? Проводились ли ранее исследования о влиянии растений на психологическое состояние космонавтов?
― Да, такие исследования проводились [1, 2], и отношение к выращиванию растений на борту корабля у большей части космонавтов положительное. Но в коллективах встречаются и гиперответственные люди, которые очень переживают, что саженцы могут погибнуть, или те, кто в принципе не любит возиться с зеленью. Все это учитывается перед стартом миссии, с экипажем проводятся специальные беседы, и зеленью впоследствии занимаются только те, у кого есть желание. Становиться аграриями никого не заставляют. Кроме того, как я говорила выше, наша оранжерея нового типа предполагает минимальное вмешательство человека и не требует больших затрат сил и времени.
― Созданием космических оранжерей также занимаются в Институте медико-биологических проблем РАН. Чем ваш эксперимент отличается от работы коллег?
― Институт медико-биологических проблем сфокусирован на научных программах. Мы тоже ими занимаемся. Оборудование и запуск проекта обходятся очень дорого, а подготовка требует нескольких лет. Это время мы используем для того, чтобы проводить наземные эксперименты и анализировать полученные материалы. Отличие заключается в том, что наша первостепенная задача ― создать готовый промышленный образец, который можно будет использовать на космическом корабле.
Модуль оранжереи в экспериментальной установке. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Модуль оранжереи в открытом виде. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
― Я читала о том, что выращивать продукты в космосе настолько дорого, что экономически выгодным это становится только тогда, когда полет очень далекий, например на Марс или к другим планетам, а вот на Луну или на МКС дешевле доставлять провизию с Земли.
― Поставки с Земли не смогут обеспечить космонавтов свежими продуктами в полном объеме. Необходимо, чтобы на станции росло что-то пригодное для употребления в пищу. Вопрос даже не в том, сколько это стоит: важно то, что без этого никак не обойтись. Нам всем нужны свежие витамины, а космонавтам ― тем более. Продукты, пролежавшие на космодроме довольно долго, попав на станцию в экстремальные условия, дополнительно подвергнутся воздействию радиации, температуры, вибрации и т.д. Поэтому свежие продукты ― это всегда выигрышный вариант.
― С какими самыми большими трудностями вы столкнулись в своем эксперименте?
― Самое сложное ― выработать математические алгоритмы оценки данных, учитывающие сразу все результаты. Есть несколько основных трудностей, связанных не только с нашей оранжереей, но и с использованием растений в космосе в целом. Первая состоит в том, что для повторения эксперимента нужны одинаковые условия, но этого почти никогда не бывает в космосе. Космическая погода очень изменчивая, траектория космической станции тоже пролегает по-разному и т.д., поэтому поставить эксперимент, который бы в точности соответствовал всем научным критериям повторяемости, практически невозможно. Нам приходится экстраполировать данные одного эксперимента на другие. Вторая проблема заключается в том, что собрать воедино все наши данные, полученные от разных культиваторов растений, и грамотно интерпретировать их, довольно сложно.
― Как вы решаете эти задачи?
― Мы стараемся задействовать для их решения все наши возможности. Создали испытательные стенды, позволяющие собирать все наши эксперименты воедино, как матрешку. Кроме того, у нас есть центрифуга, имитирующая взлет космического корабля, вибрации, перегрузку. На следующем этапе мы помещаем наши растения в клиностат, устраняющий влияние гравитационного притяжения на рост растений. Мы также можем менять магнитное поле по циклограмме полета, то есть полностью подключать наше оборудование и «обманывать» наши растения, создавая для них условия, практически не отличающиеся от космического полета. В нашем арсенале есть даже установки для имитации радиационной нагрузки.
― Вы сказали, что в космосе не бывает одинаковых условий. Но разве на Земле они одинаковы?
― Резкие изменения условий в космосе гораздо существеннее. Так, например, пролетая над Южно-Атлантической (Бразильской) аномалией, где наше магнитное поле проседает, образуя «чулок», МКС попадает в особые радиационные и магнитные условия. На Земле таких аномальных условий не наблюдается, по крайней мере в тех районах, где проживают люди. Да, когда мы выращиваем у себя на даче в теплице огурцы и помидоры, на них тоже влияют солнечные вспышки и перепады температуры, но в космосе ситуация совсем иная: это как если бы вы перенесли свою зеленую теплицу с дачного участка в зону, где добывают магнитную руду.
Центрифуга для имитации перегрузок при взлете. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
Осциллограф для метрологической точности регистрации параметров. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
― В вашей оранжерее каждое растение содержится в отдельных закрытых коробках. В чем преимущество такой конфигурации?
― Эти коробки не герметичны, и растения получают тот же самый кислород, которым дышат космонавты в жилом отсеке. Дверцы свободно открываются. Они нужны для того, чтобы защитить растения от внешних повреждений и поддерживать постоянные влажность и температуру. Космонавты могут открывать дверцы и проводить манипуляции с растениями, никакого вреда от этого не будет.
― На каком субстрате выращивается ваша зелень?
― Это важный для нас вопрос, поскольку полноценно помыть растения в условиях невесомости невозможно, но нужно сделать так, чтобы при сборе урожая земля не попала в воздух и в пищу. Поэтому наши научные консультанты Н.Н. Горшков, Д.Д. Госсе и С.Ю. Доморева предложили использовать тапиоку, получаемую из корней тропического клубнеплодного растения под названием маниок. По сути, тапиока ― это знакомый всем крахмал, использующийся в бабл-чае, те самые шарики, плавающие в напитке. Мы сажаем растения в аналог почвы — специальные пластины из тапиоки. Эксперимент еще не закончен, но он показывает хорошие результаты по применению тапиоки.
― А почему наша обычная земная почва не подходит для выращивания в космосе и требуется искусственная?
― Это не совсем корректное утверждение. Пластины из тапиоки все-таки относятся к натуральной среде. Искусственной почвой можно назвать, например, минеральную вату. Отвечая на ваш вопрос: обычную землю не используют в космосе, потому что она крошится, а в условиях невесомости важно, чтобы в составе почвы была какая-то твердая часть, причем она должна быть потенциально съедобной.
― Как космонавты будут поливать растения?
― Смачивая корни специальным аэрозолем. Полив, то есть орошение корней питательным раствором, не представляет проблемы. А сами семена можно будет смачивать водой, используя шприц. При этом субстрат (среда из тапиоки) будет оставаться сухим. Это еще одна из уникальных особенностей нашего эксперимента.
Контейнеры с микрозеленью на субстрате из тапиоки. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
― В ближайшие годы МКС может прекратить свое существование, а ее российский сегмент заменит Российская орбитальная станция (РОСС). Ваша оранжерея сможет работать и там и там?
― Да, она пригодна не только для обеих космических станций, но и для дальних миссий, например для строительства базы на Луне или полета на Марс. Мы изначально строили ее именно с таким прицелом, а наши испытательные стенды позволяют имитировать условия полета даже на Красную планету.
― Предполагается, что космонавты будут не только ухаживать за оранжереей, но и попутно собирать какие-то данные о ее работе, росте и развитии растений. Как будет организован обмен информацией с Землей?
― Данные для нашей команды ученых будут передаваться на Землю с помощью телеметрии, то есть возможны прямой эфир и передача данных о показателях температуры, влажности, вибрациях, содержании этилена и т.д. в режиме реального времени. Если же информационный канал будет занят, то информация будет пересылаться частями. На РОСС возможности передачи данных будут гораздо шире, и в прямом эфире можно будет передать еще больше параметров. Основная задача космонавтов ― минимальное обслуживание оранжереи, а вся научная работа будет проводиться на Земле.
― В одном из своих выступлений вы говорили не только про строящуюся оранжерею, но и про будущие сады замкнутого цикла. Что это за проект?
― Сады могут стать следующим шагом, когда на Луне уже будут обитаемые базы. Космические сады ― нечто более сложное, чем оранжерея. Для их создания мы планируем использовать весь опыт, накопленный в текущих экспериментах, о которых мы сегодня говорим. Я представляю себе этот проект в виде зеленых мини-городов с замкнутым циклом воспроизводства растений. В разные годы проводились эксперименты по переработке отходов биологической деятельности в соответствующем объеме с тем, чтобы они служили сырьем для новой жизни, как это происходит на Земле. Пока создать такой замкнутый цикл для жизни в космосе не получилось. Это остается одной из самых амбициозных научных задач.
Ученые МГУ Д.Э. Харабадзе, А.А. Гросс и О.В. Морозов за работой. Фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
― Какой срок службы у вашей оранжереи?
― Если говорить о самих семенах, то нам еще предстоит провести серию экспериментов, чтобы определить, как долго они могут храниться в космосе. Воздействие космической радиации ускоряет процесс старения в среднем в полтора раза. Разные растения обладают разной чувствительностью к этому фактору, и одна из наших задач ― подобрать сорта, которые смогут долго храниться в условиях невесомости, но я не думаю, что этот срок сможет превысить два года. Если же говорить о самом оборудовании, то оно сможет проработать очень долго. В случае если что-то выйдет из строя, космонавты смогут легко починить поломку. Конструкция оранжереи очень проста и не требует специальных ремонтных навыков. Все комплектующие оранжереи ― российского производства, причем очень высокого качества. Это наш приоритет.
― В чем главная уникальная особенность вашей оранжереи? Правда ли, что в мире таких больше нет?
― Насколько мне известно, ранее в рамках одной оранжереи никто не комбинировал такое количество экспериментов сразу (радиация, перегрузки, электромагнитное поле, гравитация и др.), и в этом наша главная отличительная особенность.
― Какие ваши ближайшие планы?
― Мы будем пробовать разные субстраты для выращивания растений и искать наиболее благоприятные варианты. Нам также предстоит разработать программы для более качественной визуализации данных. Это поможет нам облегчить прогноз, экстраполировать данные от одних экспериментов на другие, то есть создать новые цифровые возможности. Пожалуй, на ближайшее время это наши главные задачи.
Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Литература
1. Berkovich Yu.A., Krivobok N.M., Sinyak Yu.Ye., Smolyanina S.O., Grigoriev Yu.I., Romanov S.Yu., Guissenberg A.S. Developing a vitamin greenhouse for the life support system of the International space station and for future interplanetary missions // Advances in Space Research. 2004. № 34. P. 1552–1557.
2. Berkovich Yu.A., Smolianina S.O., Krivobok N.M., Erokhin A.N., Agureev N.A., Shanturin N.A. Vegetable production facility as a part of a closed life support system in a Russian Martian space light scenario // Advances in Space Research. 2009. № 44. P. 170–176.