Эксперименты по самообеспечению людей в закрытых экосистемах 1970-х годов позволили полностью снабжать их растительной пищей, но им требовалась земля извне. Создать замкнутые системы для обеспечения населения животным белком тогда не удалось. Сейчас ученые применяют другой подход к обеспечению поселений на Марсе.
В 1972 году в СССР провели эксперимент БИОС-3. В полностью изолированных помещениях общей площадью 315 кубометров три человека получали весь необходимый им кислород и растительную пищу только от выращиваемых там же растений. Микроводоросли давали кислород и поглощали CO2, а пшеница, соя, овощи и другое обеспечивали 80% всех потребляемых людей калорий. Остальные 20% калорий, приходившиеся на животную пищу, брали из консервов.
Несмотря на положительные результаты испытаний, транспортировка консервов на Марс окажется весьма затруднительной задачей. Такие системы не являются полностью замкнутыми и нуждаются в поставляемой с Земли части продовольствия.
Другой недостаток такой системы – субстрат для выращивания сельхозпродуктов должен быть земного происхождения. В противном случае урожай будет недостаточно высоким. Если речь идет о почве для прокорма троих в БИОС-3, то проблем нет. Но большие марсианские базы могут требовать многих тонн привезенной почвы или ее заменителя.
Ученые из Университета Гринвича указали на серьёзность проблемы, поскольку минимальная оценка стоимости доставки груза на Марс в научных источниках составляет 175 тысяч долларов за килограмм. В популярных изданиях рассказывается о том, как эту проблему решить. материале на сайте The Conversation, а также в научной работе, вышедшей в этом году.
Предлагаемый метод называется аквапоника. В его основе соединение аквакультуры — разведение рыб в пластмассовых бассейнах — с гидропоникой — выращиванием растений на искусственной питательной среде без почвы. В качестве более перспективного источника белка выбрали именно аквакультуру. Например, нильская тиляпия, использованная в исследованиях, требует 1,6-2 килограмма растительных кормов для получения одного килограмма собственного веса.
Этот коэффициент подобный для домашней птицы, а для крупного скота — значительно выше. Птицеводство вне Земли сомнительное предприятие из-за необходимости больших площадей и проблем с очисткой отходов. Аквакультура же компактнее (рыбам требуется меньше места), и проще решает проблемы с уборкой отходов жизнедеятельности животных.
Учёные из Гринвичского университета изучают применение аквакультуры для улучшения почвы. Для эксперимента использовались два коммерчески доступных симулятора марсианской почвы. Их поливали не обычной водой, а «рыбной» — то есть, водой, образующейся при очистке емкостей с тиляпией или сливающейся из микробиореактора, где продукты жизнедеятельности тиляпии разлагаются бактериями.
В горшки с субстратом, имитирующим марсианскую почву, высадили картошку, помидоры, карликовую фасоль, морковь, салат-латук, весенний лук, шнитт-лук и базилик.
Аналогичные культуры посеяли в горшки с обычной почвой из магазина. Обе группы горшков разместили в закрытом помещении под светодиодными лампами мощностью 600 ватт. Температура (плюс 25-26 градусов) и влажность поддерживались на уровне, необходимым для роста растений. Эксперимент продолжался 72 суток.
Исследователи выяснили, что растения развивались в горшках с аналогом марсианской почвы значительно медленнее: картофельные ростки появились через семь суток, а земляные — через четыре. Высокая соленость «марсианского» грунта, вероятно, стала причиной задержки прорастания.
Дальнейшее развитие растений, высаженных в материале, напоминающем марсианский грунт, шло успешнее ожиданий. Все виды проросли и сформировали достаточно здоровую зеленую массу.
Вместе с тем некоторые овощи, выращиваемые в почве настоящего сада, имели желтоватые листья из-за недостатка фосфора. Учёные объяснили это отсутствием внесения удобрений, что не делалось ни для обычной, ни для имитации марсианской почвы. Такой подход обоснован: на Марсе магазина с удобрениями точно нет.
Произрастающие в земле растения дали больше плодов, чем те, что росли в аналоге реголита. Например, масса клубней картофеля была втрое выше. Некоторые культуры за 72 дня вообще не успели сформировать плоды.
Несмотря на это, эксперимент можно считать удачным. «Рыбная вода», добытая из компактных емкостей с рыбами и их отходами жизнедеятельности («рыбный ил»), создала аналог марсианского грунта с высокими концентрациями фосфора, калия и азота. В обычном садоводческом грунте этих элементов было меньше. Несмотря на то, что урожайность на «марсианском» аналоге почвы была невысока, в практических целях лучше получить треть урожая земной теплицы на Марсе, чем перевозить туда тонны земного грунта.
Аквапоника позволяет получать необходимые объемы белка из выращивания рыбы и вещества для растений на очень малых площадях без внесения дополнительных удобрений. Молодь рыб и семена земных растений занимают мало места и их можно доставить на Марс космическим кораблем. На Красной планете достаточно водного льда, чтобы обеспечить большие емкости для массового разведения рыбы и получения веществ для удобрения местной почвы.