الزراعة في الفضاء

أخذت البشرية كل المعرفة التي جمعها العلماء على مدى مئات السنين لبدء الرحلات الفضائية. ثم واجه الرجل مشكلة جديدة - لاستعمار الكواكب الأخرى ورحلات المسافات الطويلة ، من الضروري تطوير نظام بيئي مغلق ، بما في ذلك - لتزويد رواد الفضاء بالأغذية والمياه والأكسجين. إن توصيل الغذاء إلى كوكب المريخ ، الذي يبعد 200 مليون كيلومتر عن الأرض ، أمر مكلف وصعب ، ومن المنطقي أن تجد طرقًا لإنتاج منتجات يسهل تنفيذها أثناء الطيران وعلى الكوكب الأحمر.

كيف تؤثر الجاذبية الصغرى على البذور؟ ما هي الخضروات التي ستكون غير ضارة إذا نمت في تربة المريخ الغنية بالمعادن الثقيلة؟ كيفية تجهيز مزرعة على متن سفينة فضائية؟ منذ أكثر من خمسين عامًا ، كان العلماء ورواد الفضاء يبحثون عن إجابات لهذه الأسئلة.

في الرسم التوضيحي ، رائد الفضاء الروسي مكسيم سورايف يعانق النباتات في منشأة لادا على متن محطة الفضاء الدولية ، 2014.

كتب كونستانتين تسيولكوفسكي في "الغرض من علم الطيران": "تخيل سطحًا مخروطيًا طويلًا أو قمعًا ، قاعدته أو فتحة واسعة مغطاة بسطح كروي شفاف. وهي تواجه الشمس مباشرة ، ويدور القمع حول محورها الطويل (الارتفاع). على الجدران الداخلية المعتمة للمخروط توجد طبقة من التربة الرطبة مع نباتات مزروعة فيها. لذا اقترح إنشاء جاذبية للنباتات بشكل مصطنع. يجب اختيار النباتات غزيرة ، صغيرة ، بدون جذوع سميكة وأجزاء لا تعمل في الشمس. لذلك يمكن تزويد المستعمرين جزئياً بمواد نشطة بيولوجيًا وعناصر دقيقة وتجديد الأكسجين والماء.

في عام 1962 ، قام كبير المصممين لشركة OKB-1 ، سيرجي كوروليف ، بتعيين المهمة: "يجب أن نبدأ في تطوير الدفيئة (OR) وفقًا لـ Tsiolkovsky ، مع زيادة الروابط أو الكتل تدريجيًا ، ويجب أن نبدأ العمل على" حصاد الفضاء ".


مخطوطة كي. Tsiolkovsky "ألبوم السفر إلى الفضاء" ، 1933.

أطلق مصدر اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أول قمر صناعي للأرض الاصطناعي في المدار في 4 أكتوبر 1957 ، بعد 22 سنة من وفاة تسيولكوفسكي. بالفعل في نوفمبر من ذلك العام ، تم إرسال الهجين Laika إلى الفضاء ، وهو أول الكلاب التي كان من المفترض أن تفتح الطريق للفضاء للناس. توفي لايكا من الحرارة الزائدة في خمس ساعات فقط ، على الرغم من أن الرحلة كانت مصممة لمدة أسبوع - الأكسجين والطعام سيكونان كافيين لهذا الوقت.

تحليق السناجب والسهامفي أغسطس 1960 ، كان أكثر نجاحًا لكل من الكلاب والحيوانات المصاحبة لهم - أربعين فأر وفئران. جنبا إلى جنب مع سفينة نوح ، أرسل العلماء السوفييت إلى الفضاء بذور الذرة والقمح والبازلاء والبصل. هبط الفريق بأكمله إلى الأرض في حاوية مصممة للرحلات البشرية المستقبلية. لكن هذا لم يكن كافيا - كان على الناس أن يبدأوا الزراعة في الفضاء.


كتب الكلب لايكا ، أول كلب في مدار الأرض.

في كتاب "الفضاء إلى الأرض ،" رائد فضاء رائد الفضاء ، عضو بعثة سويوز 3 ، كتب جورج بيرجوفوي.أنه من الشائع أن يشعر الرجل بالانخراط في الطبيعة الأرضية ، أينما كان: "ولكن عندما تجد نفسك خارج كوكب المنزل ، يُنظر إليه بشكل حاد. انتبه إلى الإثارة والدفء اللذين يخبرهما رواد الفضاء حول كيف تبدو الأرض من ارتفاع المدار. حسنًا ، إذا سافرت قطعة من العالم الحي معهم في الفراغ الخالي من الفضاء ، فإن الاهتمام بـ "أبناء وطن" يصبح رقيقًا. حتى عندما يكون هؤلاء "المواطنون" سيقان خضراء من البازلاء المشتركة. بالمناسبة ، كان كل من A. Gubarev و G. Grechko هم الذين طوروها في Salute-4 ، ثم قام المشاركون في الرحلة التالية ، P. Klimuk و V. Sevastyanov ، بزراعتها مرة أخرى ".

في محطة ساليوت 4 المدارية ، التي تم إطلاقها في عام 1974 ، كان هناك مصنع واحة لزراعة النباتات في انعدام الجاذبية. كتب جورج غريشكو في كتاب "رائد الفضاء رقم 34" أن العمل مع النظام كان من أكثر التجارب إثارة في رحلته. كان النبات مائيًا ، ولم يكن هناك أرض ، وكان من المفترض أن ينمو البازلاء في الشاش المنقوع. بعد وقت قصير من بدء العمل مع الواحة ، لاحظ رائد الفضاء أن الماء لا يتدفق في حجرة صغيرة ويتدفق بوفرة إلى أخرى ، مما يتسبب في تعفن البازلاء. سقطت قطرات ضخمة من الماء من المنشأة ، التي طاردت Grechko حول المحطة بالمناديل. قطع الخرطوم وبدأ في ري البازلاء باليد بينما كان مشغولاً بالجهاز لعدة ساعات.

يعترف رائد الفضاء أنه بسبب كراهيته لعلم الأحياء ، دمرت المدرسة التجربة تقريبًا. واعتبر أن البراعم اختلطت في الأنسجة ، ولم تنمو بشكل صحيح ، وحررتها من الشاش ، لكن ذلك لم يساعد. اتضح أنه الخلط بين الجذور والسيقان.

كانت التجربة ناجحة. لأول مرة في الفضاء ، مرت النباتات بدورة من البذور إلى ساق البازلاء البالغة. ولكن من أصل 36 حبة ، ارتفعت ثلاث فقط ونمت.


Oasis-1 في المتحف التذكاري لرواد الفضاء.

اقترح علماء المصدر أن المشكلة نشأت بسبب اتجاه مدمج وراثيًا - يجب أن تكون الشتلة نحو الضوء ، ويجب أن يكون الجذر في الاتجاه المعاكس. لقد أتقنوا الواحة ، وأخذت الحملة القادمة بذور جديدة في المدار.

نما البصل. أبلغ فيتالي سيفاستيانوف للأرض أن الأسهم وصلت إلى عشرة إلى خمسة عشر سم. "ما السهام ، ما القوس؟ نحن نفهم أن هذه مزحة ، لكننا أعطيناك البازلاء ، وليس المصابيح ». أجاب مهندس الرحلة بأن رواد الفضاء أمسكوا مصباحين من المنزل لزرعهم على الخطة ، وطمأنوا العلماء - لقد صعدت جميع البازلاء تقريبًا.

لكن النباتات رفضت أن تتفتح. في هذه المرحلة ، ماتوا. نفس المصير ينتظر الزنبق ، الذي ازدهر في تركيب "الحوذان" في القطب الشمالي ، ولكن ليس في الفضاء.

ولكن يمكن أكل البصل ، وهو ما نجح فيه رائدا ف. كوفالينوك وأ.إيفانتشينكوف في عام 1978: "أحسنت. ربما يسمح لنا الآن بتناول البصل ومكافأته ".


تقنية - شباب ، 1983-04 ، صفحة 6. البازلاء في تركيب الواحة: حصل

رواد الفضاء V. Ryumin و L. Popov على تركيب Malachite مع أزهار الأوركيد في أبريل 1980. يتم ربط بساتين الفاكهة في لحاء الأشجار وفي التجاويف ، ويعتقد العلماء أنها قد تكون أقل عرضة للتضخم الجغرافي - قدرة أعضاء النبات على الاستقرار والنمو في اتجاه معين بالنسبة لمركز الكرة الأرضية. بعد بضعة أيام ، سقطت الزهور ، ولكن في نفس الوقت ، شكلت بساتين الفاكهة أوراقًا جديدة وجذورًا هوائية. بعد ذلك بقليل ، جلب الطاقم السوفييتي الفيتنامي من V. Gorbatko و Fam Tuye معهم نبات الأرابيدوبسيس.

النباتات لا تريد أن تتفتح. نبتت البذور ، ولكن ، على سبيل المثال ، لم تتفتح السحلية في الفضاء. كان العلماء بحاجة لمساعدة النباتات على التأقلم مع انعدام الوزن. تم ذلك ، من بين أمور أخرى ، بمساعدة التحفيز الكهربائي لمنطقة الجذر: يعتقد العلماء أن المجال الكهرومغناطيسي للأرض يمكن أن يؤثر على النمو. طريقة أخرى تضمنت الخطة التي وصفها Tsiolkovsky لخلق جاذبية اصطناعية - نمت النباتات في جهاز طرد مركزي. ساعد جهاز الطرد المركزي - تم توجيه البراعم على طول ناقلات قوة الطرد المركزي. أخيرا ، شق رواد الفضاء طريقهم. ازدهر نبات الأرابيدوبسيس في "كتلة الضوء".

على اليسار في الصورة أدناه يوجد معهد Fiton على متن Salute-7. للمرة الأولى في هذا الدفيئة المدارية ، مرت Rezukhovidka Tal (Arabidopsis) بدورة تطوير كاملة وأعطت البذور. في الوسط هو Sveoblok ، حيث ازدهرت نباتات الأرابيدوبسيس لأول مرة على متن Salute-6. على اليمين يوجد دفيئة على متنها "Oasis-1A" في محطة Salyut-7: تم تجهيزها بنظام ري نصف أوتوماتيكي بالجرعات والتهوية والتحفيز الكهربائي للجذور ويمكن أن تنقل أوعية النباتات مع النباتات ذات الصلة بمصدر الضوء.


Fiton و Sveoblok و Oasis-1A.


إعداد شبه المنحرف لدراسة نمو النبات وتطوره.


أطقم البذور المصدر


سجل الرحلة لمحطة ساليوت -7 ، رسومات من سفيتلانا سافيتسكايا

في محطة مير ، تم تركيب أول دفيئة أوتوماتيكية في العالم ، سفيت. أجرى رواد الفضاء الروس ست تجارب في هذا البيت الزجاجي في 1990-2000. كانوا يزرعون السلطات والفجل والقمح. في عام 1996-1997 ، خطط معهد المشاكل الطبية الحيوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم لزراعة بذور النباتات التي يتم الحصول عليها في الفضاء - أي للعمل مع جيلين من النباتات. للتجربة ، اخترنا مزيجًا من الملفوف البري الذي يبلغ ارتفاعه حوالي 20 سم. كان للمصنع ناقص واحد - كان على رواد الفضاء التعامل مع التلقيح.

كانت النتيجة مثيرة للاهتمام - تلقيت بذور الجيل الثاني في الفضاء ، حتى أنها ظهرت. لكن النباتات نمت إلى ستة سنتيمترات بدلاً من خمسة وعشرين. تقول مارجريتا ليفينسكي ، باحثة في معهد المشاكل الطبية الحيوية في الأكاديمية الروسية للعلومأن عمل المجوهرات على تلقيح النباتات قام به رائد الفضاء الأمريكي مايكل فوسوم.


فيديو Roskosmos حول زراعة النباتات في الفضاء. في الساعة 4:38 - نباتات في محطة مير ،





في أبريل 2014 ، سلمت سفينة شحن دراجون سبيس إكس محطة نمو خضراء نباتية إلى محطة الفضاء الدولية ، وفي مارس بدأ رواد الفضاء باختبار المزرعة المدارية. تتحكم الوحدة في تناول الضوء والمغذيات. في أغسطس 2015 ، تم إدراج الخضروات الطازجة المزروعة في ظروف الجاذبية الصغرى في قائمة رواد الفضاء .




الخس ينمو في محطة الفضاء الدولية


لذا قد تبدو المزرعة في محطة الفضاء في المستقبل.في

الجزء الروسي من محطة الفضاء الدولية ، تعمل الدفيئة Lada لتجربة Plants-2 . في نهاية عام 2016 أو بداية عام 2017 ، ستظهر نسخة Lada-2 على متن الطائرة. يعمل معهد المشاكل الطبية الحيوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم على هذه المشاريع.





لا يقتصر إنتاج المحاصيل الفضائية على تجارب انعدام الجاذبية. لاستعمار الكواكب الأخرى ، يجب على الشخص تطوير الزراعة على الأرض ، والتي تختلف عن الأرض ، وفي جو بتكوين مختلف. في عام 2014 ، أثار عالم الأحياء مايكل موتنرالهليون مع البطاطا على التربة النيزكية. للحصول على مناسبة لزراعة التربة ، تم طحن النيزك إلى مسحوق. من خلال الخبرة ، كان قادرًا على إثبات أن البكتيريا والفطريات المجهرية والنباتات يمكن أن تنمو على التربة من أصل خارج الأرض. تحتوي مواد معظم الكويكبات على الفوسفات والنترات وأحيانًا الماء.


ينمو نبات الهليون على تربة نيزكية

في حالة المريخ ، حيث يوجد الكثير من الرمل والغبار ، فإن طحن الصخور ليس ضروريًا. ولكن تنشأ مشكلة أخرى - تكوين التربة. في تربة المريخ توجد معادن ثقيلة ، وكمية متزايدة منها في النباتات تشكل خطراً على الإنسان. قام علماء من هولندا بتقليد تربة المريخ ومنذ عام 2013 قاموا بزراعة عشرة محاصيل من عدة أنواع نباتية عليها.

نتيجة لهذه التجربة ، وجد العلماء أن محتوى المعادن الثقيلة في البازلاء والفجل والجاودار والطماطم التي تزرع على تربة المريخ المحاكاة ليست خطيرة على البشر. يواصل العلماء استكشاف البطاطا والثقافات الأخرى.


الباحث Wager Wamelink يتفقد النباتات المزروعة في تربة المريخ. الصورة: Joep Frissel / AFP / Getty Images


محتوى معدني في حصاد تم جمعه على الأرض وعلى محاكاة التربة للقمر والمريخ

تتمثل إحدى المهام المهمة في إنشاء دورة مغلقة لدعم الحياة. تتلقى النباتات ثاني أكسيد الكربون ونفايات الطاقم ، وتعطي الأكسجين في المقابل وتنتج الغذاء. فحص العلماءإمكانية استخدام كلوريلا الطحالب وحيدة الخلية في الطعام ، تحتوي على 45٪ بروتين و 20٪ دهون وكربوهيدرات لكل منها. لكن هذا ، من الناحية النظرية ، لا يمتص البشر الأطعمة المغذية بسبب جدار الخلية الكثيف. هناك طرق لحل هذه المشكلة. يمكن تشقق جدران الخلايا بالطرق التكنولوجية باستخدام المعالجة الحرارية أو الطحن الدقيق أو طرق أخرى. يمكنك أخذ الإنزيمات المصممة خصيصًا للكلوريلا التي سيأخذها رواد الفضاء مع الطعام. يمكن للعلماء أيضًا إحضار الكلوريلا المعدلة وراثيًا ، والتي يمكن أن تنقسم جدار الإنزيمات البشرية إليها. لا يتعاملون مع الكلوريلا للتغذية في الفضاء ، لكنهم يستخدمونها في النظم البيئية المغلقة لإنتاج الأكسجين.

تم إجراء تجربة مع الكلوريلا على متن المحطة المدارية ساليوت -6. في السبعينيات ، كان لا يزال يعتقد أن التواجد في الجاذبية الصغرى لا يؤثر سلبًا على جسم الإنسان - كانت هناك معلومات قليلة جدًا. حاولوا أيضًا دراسة التأثير على الكائنات الحية بمساعدة الكلوريلا ، التي تستمر دورة حياتها أربع ساعات فقط. كان مناسبًا للمقارنة مع الكلوريلا التي نمت على الأرض.


المصدر


كان الجهاز IFS-2 مخصصًا لزراعة الفطر والأنسجة ومزارع الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات المائية. المصدر

منذ السبعينيات ، أجريت تجارب على الأنظمة المغلقة في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. في عام 1972 ، بدأ عمل "BIOS-3" - لا يزال هذا النظام ساري المفعول. تم تجهيز المجمع بكاميرات لزراعة النباتات في ظروف اصطناعية منظمة - فيتوترون. كانوا يزرعون القمح وفول الصويا وسلطة تشوفو والجزر والفجل والبنجر والبطاطس والخيار والحميض والملفوف والشبت والبصل. تمكن العلماء من تحقيق دورة مغلقة بنسبة 100٪ تقريبًا في الماء والهواء وما يصل إلى 50-80٪ في التغذية. تتمثل الأهداف الرئيسية للمركز الدولي للأنظمة البيئية المغلقة في دراسة مبادئ عمل هذه الأنظمة بدرجات متفاوتة من التعقيد وتطوير الأساس العلمي لإنشائها.

واحدة من التجارب البارزة التي تحاكي رحلة إلى المريخ والعودة إلى الأرض كانت "المريخ 500". لمدة 519 يومًا ، كان ستة متطوعين في مجمع مغلق. تم تنظيم التجربة من قبل Rokosmos والأكاديمية الروسية للعلوم ، وأصبحت وكالة الفضاء الأوروبية شريكة. على "لوح السفينة" كان هناك دفيئات - في واحدة نبتت سلطة ، في الأخرى - البازلاء. في هذه الحالة ، لم يكن الهدف هو زراعة النباتات على مقربة من ظروف الفضاء ، ولكن لمعرفة مدى أهمية النباتات للطاقم. لذلك ، تم إغلاق أبواب الدفيئة بفيلم غير شفاف وتم تركيب جهاز استشعار يعمل على إصلاح كل فتحة. في الصورة على اليسار ، يعمل طاقم طاقم Mars-500 Marina Tugusheva مع الصوبات كجزء من التجربة.

تجربة أخرى على متن المريخ 500 هي GreenHouse. في الفيديو أدناه ، يتحدث عضو البعثة أليكسي سيتنيف عن التجربة ويظهر دفيئة مع نباتات مختلفة.



سيكون لدى الإنسان العديد من الفرص للموت على كوكب المريخ . وهو يواجه خطر التحطم عند الهبوط أو التجمد على السطح أو ببساطة عدم الطيران. وبطبيعة الحال ، يموتون من الجوع. إن إنتاج المحاصيل ضروري لتشكيل مستعمرة ، ويعمل العلماء ورواد الفضاء في هذا الاتجاه ، ويظهرون أمثلة ناجحة لزراعة بعض الأنواع ليس فقط في الجاذبية الصغرى ، ولكن أيضًا في تربة المريخ والقمر. سيكون لدى مستعمري الفضاء بالتأكيد الفرصة لتكرار نجاح مارك واتني .

Source: https://habr.com/ru/post/ar395689/