Landwirtschaft im Weltraum

Die Menschheit nutzte all das Wissen, das Wissenschaftler über Hunderte von Jahren gesammelt hatten, um Raumflüge zu beginnen. Und dann stand ein Mann vor einem neuen Problem - für die Besiedlung anderer Planeten und Langstreckenflüge ist es notwendig, ein geschlossenes Ökosystem zu entwickeln, einschließlich - um Astronauten mit Nahrung, Wasser und Sauerstoff zu versorgen. Die Lieferung von Lebensmitteln an den Mars, der 200 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist, ist teuer und schwierig. Es ist logischer, Wege zu finden, um Produkte herzustellen, die im Flug und auf dem Roten Planeten einfach zu implementieren sind.

Wie wirkt sich die Mikrogravitation auf Samen aus? Welches Gemüse ist harmlos, wenn es auf schwermetallreichem Marsboden angebaut wird? Wie rüste ich eine Plantage an Bord eines Raumschiffs aus? Seit mehr als fünfzig Jahren suchen Wissenschaftler und Astronauten nach Antworten auf diese Fragen.

In der Abbildung umarmt der russische Kosmonaut Maxim Suraev Pflanzen in der Lada-Installation an Bord der Internationalen Raumstation, 2014.

Konstantin Tsiolkovsky schrieb in „Zweck der Luftfahrt“: „Stellen Sie sich eine lange konische Oberfläche oder einen Trichter vor, dessen Basis oder breite Öffnung mit einer transparenten sphärischen Oberfläche bedeckt ist. Es ist direkt der Sonne zugewandt und der Trichter dreht sich um seine lange Achse (Höhe). An den undurchsichtigen Innenwänden des Kegels befindet sich eine Schicht feuchter Erde mit darin gepflanzten Pflanzen. “ Deshalb schlug er vor, die Schwerkraft für Pflanzen künstlich zu erzeugen. Pflanzen sollten fruchtbar, klein, ohne dicke Stämme und Teile ausgewählt werden, die nicht in der Sonne arbeiten. So können die Kolonisatoren teilweise mit biologisch aktiven Substanzen und Mikroelementen versehen werden und Sauerstoff und Wasser regenerieren.

1962 stellte der Chefdesigner von OKB-1, Sergey Korolev, die Aufgabe: „Wir sollten die Entwicklung des Gewächshauses (OR) nach Tsiolkovsky mit allmählich zunehmenden Verbindungen oder Blöcken beginnen und mit der Arbeit an„ Weltraumernten “beginnen.


Manuskript K.E. Tsiolkovsky "Album der Raumfahrt", 1933. Eine Quelle

der UdSSR startete am 4. Oktober 1957, zweiundzwanzig Jahre nach dem Tod von Tsiolkovsky, den ersten künstlichen Erdsatelliten in die Umlaufbahn. Bereits im November dieses Jahres wurde der Mischling Laika in den Weltraum geschickt, der erste der Hunde, der den Weg in den Weltraum für Menschen öffnen sollte. Laika starb in nur fünf Stunden an Überhitzung, obwohl der Flug für eine Woche ausgelegt war - Sauerstoff und Nahrung würden für diese Zeit ausreichen.

Flug der Eichhörnchen und Pfeileim August 1960 war es sowohl für Hunde als auch für die Tiere, die sie begleiteten, erfolgreicher - vierzig Mäuse und zwei Ratten. Zusammen mit dieser Arche Noah schickten sowjetische Wissenschaftler die Samen von Mais, Weizen, Erbsen und Zwiebeln in den Weltraum. Das gesamte Team stieg in einem Container zur Erde ab, der für zukünftige menschliche Flüge ausgelegt war. Dies war jedoch nicht genug - die Menschen mussten mit der Landwirtschaft im Weltraum beginnen.


Hund Laika, der erste Hund in der Erdumlaufbahn.

In dem Buch "Space to Earthlings" schrieb George Beregovoy, Pilot-Kosmonaut, Mitglied der Sojus-3-Expeditiondass es üblich ist, dass ein Mensch sich überall in die irdische Natur verwickelt fühlt: „Aber wenn man sich außerhalb des Heimatplaneten befindet, wird dies besonders scharf wahrgenommen. Achten Sie darauf, welche Aufregung und Wärme die Astronauten darüber erzählen, wie die Erde aus der Höhe der Umlaufbahn aussieht. Nun, wenn ein Stück der lebenden Welt mit ihnen in der leblosen Leere des Weltraums reist, wird die Fürsorge für "Landsleute" nur zart. Auch wenn diese "Landsleute" die grünen Stängel der Erbsen sind. Übrigens haben A. Gubarev und G. Grechko es auf Salute-4 angebaut, und dann haben die Teilnehmer der nächsten Expedition, P. Klimuk und V. Sevastyanov, es erneut gepflanzt. “

In der 1974 gestarteten Orbitalstation Salyut-4 gab es eine Oasis-Pflanze zur Kultivierung von Pflanzen in Schwerelosigkeit. George Grechko schrieb in dem Buch "Kosmonaut Nr. 34", dass die Arbeit mit dem System eines der interessantesten Experimente in seinem Flug war. Die Pflanze war hydroponisch, es gab kein Land, Erbsen sollten in eingeweichter Gaze wachsen. Kurz nach Beginn der Arbeit mit der Oase bemerkte der Astronaut, dass Wasser nicht in eine Küvette fließt und zu reichlich in eine andere fließt, wodurch die Erbsen verrotten. Riesige Wassertropfen fielen aus der Installation, für die Grechko mit Servietten um die Station jagte. Er schnitt den Schlauch ab und begann die Erbsen von Hand zu gießen, während er mehrere Stunden mit dem Apparat beschäftigt war.

Der Astronaut gibt zu, dass die Schule aufgrund seines Hasses auf die Biologie das Experiment fast ruiniert hätte. Er war der Meinung, dass sich die Sprossen im Gewebe vermischten, nicht richtig wuchsen und sie von Gaze befreiten, aber das half nichts. Es stellte sich heraus, dass er die Wurzeln mit den Stielen verwechselte.

Das Experiment war erfolgreich. Zum ersten Mal im Weltraum durchliefen die Pflanzen einen Zyklus vom Samen zum erwachsenen Erbsenstiel. Aber von 36 Körnern stiegen nur drei und wuchsen.


Oase-1 im Memorial Museum of Cosmonautics. Quelle

Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass das Problem aufgrund einer genetisch eingebauten Orientierung entstanden ist - der Keimling sollte in Richtung Licht sein und die Wurzel sollte in die entgegengesetzte Richtung weisen. Sie perfektionierten die Oase und die nächste Expedition brachte neue Samen in die Umlaufbahn.

Die Zwiebel ist gewachsen. Vitaly Sevastyanov berichtete der Erde, dass die Pfeile zehn bis fünfzehn Zentimeter erreichten. „Welche Pfeile, welcher Bogen? Wir verstehen, dass dies ein Witz ist, aber wir haben Ihnen Erbsen gegeben, keine Zwiebeln “, sagten sie von der Erde. Der Flugingenieur antwortete, dass die Astronauten zwei Zwiebeln aus dem Haus genommen hätten, um sie über den Plan zu pflanzen, und die Wissenschaftler beruhigt hätten - fast alle Erbsen seien aufgestiegen.

Aber die Pflanzen weigerten sich zu blühen. Zu diesem Zeitpunkt starben sie. Das gleiche Schicksal erwartete Tulpen, die in der Installation „Buttercup“ am Nordpol blühten, aber nicht im Weltraum.

Aber es konnten Zwiebeln gegessen werden, was die Astronauten V. Kovalenok und A. Ivanchenkov 1978 erfolgreich taten: „Gut gemacht. Vielleicht dürfen wir jetzt Zwiebeln essen und belohnen. "


Technik - Jugend, 1983-04, Seite 6. Erbsen in der Oasis-Installation Die

Kosmonauten V. Ryumin und L. Popov erhielten im April 1980 die Malachit-Installation mit blühenden Orchideen. Orchideen sind in der Rinde von Bäumen und in Mulden befestigt, und Wissenschaftler glaubten, dass sie weniger anfällig für Geotropismus sind - die Fähigkeit pflanzlicher Organe, sich in einer bestimmten Richtung relativ zum Erdmittelpunkt niederzulassen und zu wachsen. Nach ein paar Tagen fielen die Blüten, aber gleichzeitig bildeten Orchideen neue Blätter und Luftwurzeln. Wenig später brachte die sowjetisch-vietnamesische Besatzung von V. Gorbatko und Fam Tuye eine gezüchtete Arabidopsis mit.

Pflanzen wollten nicht blühen. Samen keimten, aber zum Beispiel blühte die Orchidee nicht im Weltraum. Wissenschaftler mussten Pflanzen helfen, mit Schwerelosigkeit umzugehen. Dies geschah unter anderem mit Hilfe der elektrischen Stimulation der Wurzelzone: Wissenschaftler glaubten, dass das elektromagnetische Feld der Erde das Wachstum beeinflussen kann. Eine andere Methode betraf den von Tsiolkovsky beschriebenen Plan zur Erzeugung künstlicher Schwerkraft - Pflanzen wurden in einer Zentrifuge gezüchtet. Die Zentrifuge half - die Sprossen waren entlang des Zentrifugalkraftvektors ausgerichtet. Endlich haben sich die Astronauten durchgesetzt. Arabidopsis blühte im "Lichtblock".

Links im Bild unten befindet sich der Fiton-Wintergarten an Bord der Salute-7. Zum ersten Mal in diesem orbitalen Gewächshaus durchlief das Rezukhovidka Tal (Arabidopsis) einen vollständigen Entwicklungszyklus und gab Samen. In der Mitte befindet sich der Sveoblok, in dem Arabidopsis zum ersten Mal an Bord der Salute-6 blühte. Auf der rechten Seite befindet sich das an Bord befindliche Gewächshaus Oasis-1A an der Station Salyut-7: Es war mit einem dosierten halbautomatischen Bewässerungssystem, Belüftung und elektrischer Stimulation der Wurzeln ausgestattet und konnte Vegetationsgefäße mit Pflanzen relativ zur Lichtquelle bewegen.


Fiton, Sveoblok und Oasis-1A.


Trapez-Setup zur Untersuchung des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung. Source


Seed Kits


Flugbuch der Station Salyut-7, Skizzen von Svetlana Savitskaya

An der Mir-Station wurde das weltweit erste automatische Gewächshaus, Svet, installiert. Russische Kosmonauten führten in den Jahren 1990-2000 sechs Experimente in diesem Gewächshaus durch. Sie bauten Salate, Radieschen und Weizen an. In den Jahren 1996-1997 plante das Institut für biomedizinische Probleme der Russischen Akademie der Wissenschaften den Anbau von im Weltraum gewonnenem Pflanzensamen, dh die Arbeit mit zwei Pflanzengenerationen. Für das Experiment haben wir eine etwa zwanzig Zentimeter hohe Wildkohlhybride ausgewählt. Die Pflanze hatte ein Minus - die Astronauten mussten sich mit Bestäubung befassen.

Das Ergebnis war interessant - die Samen der zweiten Generation im Weltraum erhielten und sie sprossen sogar. Aber die Pflanzen wuchsen auf sechs statt fünfundzwanzig Zentimeter. Margarita Levinsky, Forscherin am Institut für biomedizinische Probleme der Russischen Akademie der Wissenschaften, erzähltDiese Schmuckarbeiten zur Bestäubung von Pflanzen wurden vom amerikanischen Astronauten Michael Fossum durchgeführt.


Video Roskosmos über den Anbau von Pflanzen im Weltraum. Um 4:38 Uhr - Pflanzen auf der Mir-Station.





Im April 2014 lieferte das Frachtschiff Dragon SpaceX eine vegetarische grüne Pflanzenpflanze an die Internationale Raumstation, und im März begannen Astronauten, die Orbitalplantage zu testen. Das Gerät steuert die Licht- und Nährstoffaufnahme. Im August 2015 wurden frische Grüns, die unter Schwerelosigkeitsbedingungen angebaut wurden, in das Astronautenmenü aufgenommen .




Auf der Internationalen Raumstation angebauter Salat


Die Plantage auf der Raumstation könnte also in Zukunft aussehen.

Im russischen Segment der Internationalen Raumstation arbeitet das Lada-Gewächshaus für das Plants-2- Experiment . Ende 2016 oder Anfang 2017 wird die Lada-2-Version an Bord erscheinen. Das Institut für biomedizinische Probleme der Russischen Akademie der Wissenschaften arbeitet an diesen Projekten.





Die Weltraumkulturproduktion ist nicht auf Schwerelosigkeitsexperimente beschränkt. Um andere Planeten zu kolonisieren, muss eine Person eine Landwirtschaft auf dem Boden entwickeln, die sich von der Erde unterscheidet, und in einer Atmosphäre mit einer anderen Zusammensetzung. Im Jahr 2014 hob der Biologe Michael Mautner aufSpargel mit Kartoffeln auf Meteoritenboden. Um für das Wachsen des Bodens geeignet zu werden, wurde der Meteorit zu Pulver gemahlen. Durch Erfahrung konnte er nachweisen, dass Bakterien, mikroskopisch kleine Pilze und Pflanzen auf Böden außerirdischen Ursprungs wachsen können. Das Material der meisten Asteroiden enthält Phosphate, Nitrate und manchmal Wasser.


Auf Meteoritenboden angebauter Spargel

Im Fall des Mars, wo viel Sand und Staub vorhanden sind, ist das Mahlen des Gesteins nicht erforderlich. Ein weiteres Problem tritt auf - die Zusammensetzung des Bodens. Im Boden des Mars gibt es Schwermetalle, von denen eine erhöhte Menge in Pflanzen für den Menschen gefährlich ist. Wissenschaftler aus Holland ahmten den Marsboden nach und haben seit 2013 zehn Pflanzen verschiedener Pflanzenarten darauf angebaut .

Als Ergebnis des Experiments stellten Wissenschaftler fest, dass der Gehalt an Schwermetallen in Erbsen, Radieschen, Roggen und Tomaten, die auf simuliertem Marsboden angebaut wurden, für den Menschen nicht gefährlich ist. Wissenschaftler erforschen weiterhin Kartoffeln und andere Kulturen.


Der Forscher Wager Wamelink untersucht Pflanzen, die auf simuliertem Marsboden wachsen. Foto: Joep Frissel / AFP / Getty Images


Metallgehalt in einer auf der Erde und auf dem Boden gesammelten Ernte Simulationen von Mond und Mars

Eine der wichtigsten Aufgaben ist die Schaffung eines geschlossenen Lebenserhaltungszyklus. Pflanzen erhalten Kohlendioxid und Besatzungsabfälle, geben dafür Sauerstoff und produzieren Nahrung. Wissenschaftler überprüftendie Möglichkeit der Verwendung von einzelligen Algenchlorella in Lebensmitteln, die jeweils 45% Protein und 20% Fett und Kohlenhydrate enthalten. Theoretisch wird diese nahrhafte Nahrung jedoch aufgrund der dichten Zellwand vom Menschen nicht aufgenommen. Es gibt Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen. Zellwände können durch technologische Verfahren unter Verwendung von Wärmebehandlung, Feinmahlen oder anderen Verfahren gespalten werden. Sie können Enzyme mitnehmen, die speziell für Chlorella entwickelt wurden und die die Astronauten zusammen mit der Nahrung einnehmen. Wissenschaftler können auch GVO-Chlorella mitbringen, dessen Wand sich menschliche Enzyme spalten können. Sie beschäftigen sich nicht mit Chlorella für die Ernährung im Weltraum, sondern nutzen es in geschlossenen Ökosystemen, um Sauerstoff zu produzieren.

An Bord der Salyut-6-Orbitalstation wurde ein Experiment mit Chlorella durchgeführt. In den 1970er Jahren glaubte man immer noch, dass die Schwerelosigkeit den menschlichen Körper nicht beeinträchtigte - es gab zu wenig Informationen. Sie versuchten auch, die Wirkung auf lebende Organismen mit Hilfe von Chlorella zu untersuchen, deren Lebenszyklus nur vier Stunden dauert. Es war praktisch, mit auf der Erde angebauten Chlorella zu vergleichen.


Quelle


Das IFS-2-Gerät war für die Zucht von Pilzen, Gewebe- und Mikroorganismenkulturen sowie Wassertieren vorgesehen. Quelle

Seit den 70er Jahren wurden in der UdSSR Experimente mit geschlossenen Systemen durchgeführt. 1972 begann die Arbeit von "BIOS-3" - dieses System ist noch in Kraft. Der Komplex ist mit Kameras für den Anbau von Pflanzen unter regulierten künstlichen Bedingungen ausgestattet - Phytotrons. Sie bauten Weizen, Sojabohnen, Chufusalat, Karotten, Radieschen, Rüben, Kartoffeln, Gurken, Sauerampfer, Kohl, Dill und Zwiebeln an. Wissenschaftler konnten einen nahezu 100% geschlossenen Kreislauf in Wasser und Luft und bis zu 50-80% in der Ernährung erreichen. Die Hauptziele des Internationalen Zentrums für geschlossene ökologische Systeme sind die Untersuchung der Funktionsprinzipien solcher Systeme unterschiedlicher Komplexität und die Entwicklung der wissenschaftlichen Grundlagen für ihre Schaffung.

Eines der hochkarätigen Experimente, die einen Flug zum Mars und die Rückkehr zur Erde simulierten, war der „Mars-500“.. 519 Tage lang befanden sich sechs Freiwillige in einem geschlossenen Komplex. Das Experiment wurde von Rokosmos und der Russischen Akademie der Wissenschaften organisiert, und die Europäische Weltraumorganisation wurde Partner. Auf dem „Brett des Schiffes“ befanden sich zwei Gewächshäuser - in einem wuchs ein Salat, in dem anderen - Erbsen. In diesem Fall ging es nicht darum, Pflanzen in unmittelbarer Nähe der Raumbedingungen zu züchten, sondern herauszufinden, wie wichtig die Pflanzen für die Besatzung sind. Daher wurden die Türen des Gewächshauses mit einer undurchsichtigen Folie versiegelt und ein Sensor installiert, der jede Öffnung fixiert. Auf dem Foto links arbeitet das Mars-500-Besatzungsmitglied Marina Tugusheva im Rahmen des Experiments mit Gewächshäusern.

Ein weiteres Experiment an Bord der Mars 500 ist GreenHouse. Im Video unten spricht Expeditionsmitglied Alexei Sitnev über das Experiment und zeigt ein Gewächshaus mit verschiedenen Pflanzen.



Der Mensch wird viele Chancen haben, auf dem Mars zu sterben . Er läuft Gefahr zu stürzen, wenn er landet, an der Oberfläche friert oder einfach nicht fliegt. Und natürlich an Hunger sterben. Die Pflanzenproduktion ist für die Bildung einer Kolonie notwendig, und Wissenschaftler und Astronauten arbeiten in diese Richtung und zeigen erfolgreiche Beispiele für den Anbau einiger Arten nicht nur in der Schwerelosigkeit, sondern auch im simulierten Boden von Mars und Mond. Weltraumkolonisten werden definitiv die Gelegenheit haben, den Erfolg von Mark Watney zu wiederholen .

Source: https://habr.com/ru/post/de395689/