Agricultura en el espacio

La humanidad tomó todo el conocimiento reunido por los científicos durante cientos de años para comenzar los vuelos espaciales. Y luego un hombre se enfrentó a un nuevo problema: para la colonización de otros planetas y vuelos de larga distancia, es necesario desarrollar un ecosistema cerrado, incluido, para proporcionar a los astronautas comida, agua y oxígeno. Entregar alimentos a Marte, que está a 200 millones de kilómetros de la Tierra, es costoso y difícil, es más lógico encontrar formas de producir productos que sean fáciles de implementar en vuelo y en el Planeta Rojo.

¿Cómo afecta la microgravedad a las semillas? ¿Qué verduras serán inofensivas si se cultivan en suelos de Marte ricos en metales pesados? ¿Cómo equipar una plantación a bordo de una nave espacial? Durante más de cincuenta años, los científicos y los astronautas han estado buscando respuestas a estas preguntas.

En la ilustración, el cosmonauta ruso Maxim Suraev abraza las plantas en la instalación de Lada a bordo de la Estación Espacial Internacional, 2014.

Konstantin Tsiolkovsky escribió en "Propósito de la aeronáutica": "Imagine una larga superficie cónica o embudo, cuya base o amplia abertura está cubierta con una superficie esférica transparente. Está directamente frente al Sol, y el embudo gira alrededor de su eje largo (altura). En las paredes internas opacas del cono hay una capa de suelo húmedo con plantas plantadas en él ”. Entonces propuso crear artificialmente gravedad para las plantas. Las plantas deben seleccionarse prolíficas, pequeñas, sin troncos gruesos y partes que no funcionen al sol. Por lo tanto, los colonizadores pueden estar parcialmente provistos de sustancias biológicamente activas y microelementos y regenerar oxígeno y agua.

En 1962, el diseñador jefe de OKB-1, Sergey Korolev, estableció la tarea: "Deberíamos comenzar el desarrollo del invernadero (OR) de acuerdo con Tsiolkovsky, con enlaces o bloques gradualmente crecientes, y debemos comenzar a trabajar en" cosechas espaciales ".


Manuscrito K.E. Tsiolkovsky "Álbum de viajes espaciales", 1933. Una fuente de la

URSS lanzó el primer satélite artificial de la Tierra en órbita el 4 de octubre de 1957, veintidós años después de la muerte de Tsiolkovsky. Ya en noviembre de ese año, el mestizo Laika fue enviado al espacio, el primero de los perros que supuestamente abriría el camino al espacio para las personas. Laika murió por sobrecalentamiento en solo cinco horas, aunque el vuelo fue diseñado para una semana: oxígeno y comida serían suficientes para este tiempo.

Vuelo de ardillas y flechasen agosto de 1960, tuvo más éxito tanto para los perros como para los animales que los acompañaron: cuarenta ratones y dos ratas. Junto con este Arca de Noé, los científicos soviéticos enviaron al espacio las semillas de maíz, trigo, guisantes y cebollas. Todo el equipo descendió a la Tierra en un contenedor diseñado para futuros vuelos humanos. Pero esto no fue suficiente: la gente tuvo que comenzar a cultivar en el espacio.


Perro Laika, el primer perro en la órbita de la Tierra.

En el libro "Space to Earthlings", piloto-cosmonauta, miembro de la expedición Soyuz-3, George Beregovoy escribióque es común que un hombre se sienta involucrado en la naturaleza terrenal, donde quiera que esté: “Pero cuando te encuentras fuera del planeta de origen, se percibe de manera especialmente aguda. Presta atención a la emoción y el calor que los astronautas dicen acerca de cómo se ve la Tierra desde la altura de la órbita. Bueno, si una parte del mundo viviente viaja con ellos en el vacío sin vida del espacio, entonces el cuidado de "compatriotas" se vuelve tierno. Incluso cuando estos "paisanos" son los tallos verdes de los guisantes comunes. Por cierto, A. Gubarev y G. Grechko fueron los que lo cultivaron en Salute-4, y luego los participantes de la próxima expedición, P. Klimuk y V. Sevastyanov, nuevamente lo plantaron ”.

En la estación orbital Salyut-4, lanzada en 1974, había una planta Oasis para cultivar plantas en gravedad cero. George Grechko escribió en el libro "Cosmonauta No. 34" que trabajar con el sistema fue uno de los experimentos más interesantes en su vuelo. La planta era hidropónica, no había tierra, se suponía que los guisantes crecían en una gasa empapada. Poco después de comenzar a trabajar con el Oasis, el astronauta notó que el agua no fluye en una cubeta y fluye demasiado en otra, causando que los guisantes se pudran. Enormes gotas de agua cayeron de la instalación, por lo que Grechko persiguió alrededor de la estación con servilletas. Cortó la manguera y comenzó a regar los guisantes a mano mientras estuvo ocupado con el aparato durante varias horas.

El astronauta admite que debido a su odio por la biología, la escuela casi arruinó el experimento. Consideró que los brotes se mezclaron en el tejido, no crecieron adecuadamente y los liberaron de la gasa, pero eso no ayudó. Resultó que confundió las raíces con los tallos.

El experimento fue exitoso. Por primera vez en el espacio, las plantas pasaron por un ciclo desde la semilla hasta el tallo de guisante adulto. Pero de 36 granos, solo tres se levantaron y crecieron.


Oasis-1 en el Museo Memorial de la Cosmonáutica.

Los científicos fuente han sugerido que el problema surgió debido a una orientación genéticamente incorporada: la plántula debe estar hacia la luz y la raíz debe estar en la dirección opuesta. Perfeccionaron el Oasis, y la próxima expedición puso nuevas semillas en órbita.

La cebolla ha crecido. Vitaly Sevastyanov informó a la Tierra que las flechas alcanzaron entre diez y quince centímetros. “¿Qué flechas, qué arco? Entendemos que esto es una broma, pero les dimos guisantes, no bulbos ”, dijeron desde la Tierra. El ingeniero de vuelo respondió que los astronautas tomaron dos bulbos de la casa para plantarlos sobre el plan y tranquilizaron a los científicos: casi todos los guisantes habían ascendido.

Pero las plantas se negaron a florecer. En esta etapa, murieron. El mismo destino esperaba a los tulipanes, que florecieron en la instalación de "Buttercup" en el Polo Norte, pero no en el espacio.

Pero se podían comer cebollas, lo que los astronautas V. Kovalenok y A. Ivanchenkov hicieron con éxito en 1978: “Bien hecho. Tal vez ahora se nos permita comer y recompensar cebollas ".


Técnica - Juventud, 1983-04, página 6. Guisantes en la instalación de Oasis Los

cosmonautas V. Ryumin y L. Popov recibieron la instalación de Malaquita con orquídeas en flor en abril de 1980. Las orquídeas están unidas en la corteza de los árboles y en los huecos, y los científicos pensaron que podrían ser menos propensas al geotropismo , la capacidad de los órganos de las plantas para establecerse y crecer en una determinada dirección en relación con el centro del globo. Después de unos días, las flores cayeron, pero al mismo tiempo, las orquídeas formaron nuevas hojas y raíces aéreas. Un poco más tarde, la tripulación soviético-vietnamita de V. Gorbatko y Fam Tuye trajeron consigo una Arabidopsis criada.

Las plantas no querían florecer. Las semillas germinaron, pero, por ejemplo, la orquídea no floreció en el espacio. Los científicos necesitaban ayudar a las plantas a sobrellevar la ingravidez. Esto se hizo, entre otras cosas, con la ayuda de la estimulación eléctrica de la zona de la raíz: los científicos creían que el campo electromagnético de la Tierra puede afectar el crecimiento. Otro método implicó el plan descrito por Tsiolkovsky para crear gravedad artificial: las plantas se cultivaron en una centrífuga. La centrífuga ayudó: los brotes se orientaron a lo largo del vector de fuerza centrífuga. Finalmente, los astronautas se salieron con la suya. Arabidopsis floreció en el "Bloque de luz".

A la izquierda en la imagen de abajo está el conservatorio Fiton a bordo del Salute-7. Por primera vez en este invernadero orbital, el Rezukhovidka Tal (Arabidopsis) pasó por un ciclo de desarrollo completo y dio semillas. En el medio está el Sveoblok, en el que Arabidopsis floreció por primera vez a bordo del Salute-6. A la derecha está el invernadero a bordo Oasis-1A en la estación Salyut-7: estaba equipado con un sistema de riego semiautomático dosificado, aireación y estimulación eléctrica de las raíces y podía mover los recipientes de vegetación con plantas en relación con la fuente de luz.


Fiton, Sveoblok y Oasis-1A.


Configuración del trapecio para estudiar el crecimiento y desarrollo de las plantas.


Kits de semillas de origen


Registro de vuelo de la estación Salyut-7, bocetos de Svetlana Savitskaya

En la estación Mir, se instaló el primer invernadero automático del mundo, Svet. Los cosmonautas rusos realizaron seis experimentos en este invernadero en los años 1990-2000. Cultivaron ensaladas, rábanos y trigo. En 1996-1997, el Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia planeó cultivar semillas de plantas obtenidas en el espacio, es decir, trabajar con dos generaciones de plantas. Para el experimento, elegimos un híbrido de col silvestre de unos veinte centímetros de altura. La planta tenía una desventaja: los astronautas tuvieron que lidiar con la polinización.

El resultado fue interesante: las semillas de la segunda generación en el espacio recibieron, e incluso brotaron. Pero las plantas crecieron hasta seis centímetros en lugar de veinticinco. Margarita Levinsky, investigadora del Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia, cuentaque el trabajo de joyería en la polinización de plantas fue realizado por el astronauta estadounidense Michael Fossum.


Video Roskosmos sobre el cultivo de plantas en el espacio. A las 4:38 - plantas en la estación Mir.





En abril de 2014, el buque de carga Dragon SpaceX entregó una planta de crecimiento verde Veggie a la Estación Espacial Internacional, y en marzo los astronautas comenzaron a probar la plantación orbital. La unidad controla la ingesta de luz y nutrientes. En agosto de 2015, las verduras frescas cultivadas en condiciones de microgravedad se incluyeron en el menú de astronautas .




Lechuga cultivada en la Estación Espacial Internacional


Para que la plantación en la estación espacial pueda mirar hacia el futuro

En el segmento ruso de la Estación Espacial Internacional, el invernadero Lada opera para el experimento Plants-2 . A finales de 2016 o principios de 2017, la versión Lada-2 aparecerá a bordo. El Instituto de Problemas Biomédicos de la Academia de Ciencias de Rusia está trabajando en estos proyectos.





La producción de cultivos espaciales no se limita a experimentos de gravedad cero. Para colonizar otros planetas, una persona tendrá que desarrollar la agricultura en el suelo, que difiere de la tierra, y en una atmósfera con una composición diferente. En 2014, el biólogo Michael Mautner crióespárragos con papas en suelo de meteorito. Para ser adecuado para el cultivo del suelo, el meteorito se convirtió en polvo. Por experiencia, pudo demostrar que las bacterias, los hongos microscópicos y las plantas pueden crecer en el suelo de origen extraterrestre. El material de la mayoría de los asteroides contiene fosfatos, nitratos y, a veces, agua.


Espárragos cultivados en suelos de meteoritos

En el caso de Marte, donde hay mucha arena y polvo, no es necesario moler la roca. Pero surge otro problema: la composición del suelo. En el suelo de Marte hay metales pesados, una mayor cantidad de los cuales en las plantas es peligroso para los humanos. Los científicos de Holanda imitaron el suelo marciano y desde 2013 han cultivado diez cultivos de varias especies de plantas en él.

Como resultado del experimento, los científicos descubrieron que el contenido de metales pesados ​​en guisantes, rábanos, centeno y tomates cultivados en suelo marciano simulado no es peligroso para los humanos. Los científicos continúan explorando papas y otras culturas.


El investigador Wager Wamelink inspecciona plantas cultivadas en suelo marciano simulado. Foto: Joep Frissel / AFP / Getty Images


Contenido de metal en una cosecha recolectada en la Tierra y en el suelo Simulaciones de la Luna y Marte

Una de las tareas importantes es crear un ciclo cerrado de soporte vital. Las plantas reciben dióxido de carbono y desechos de la tripulación, dan oxígeno a cambio y producen alimentos. Los científicos revisaronLa posibilidad de utilizar algas chlorella unicelulares en los alimentos, que contienen 45% de proteínas y 20% de grasas y carbohidratos cada uno. Pero esto, en teoría, los alimentos nutritivos no son absorbidos por los humanos debido a la densa pared celular. Hay formas de resolver este problema. Las paredes celulares se pueden escindir por métodos tecnológicos mediante tratamiento térmico, molienda fina u otros métodos. Puedes llevar enzimas especialmente diseñadas para Chlorella que los astronautas tomarán con la comida. Los científicos también pueden traer GMO-Chlorella, la pared de la cual se pueden dividir las enzimas humanas. No tratan con la chlorella para la nutrición en el espacio, pero la usan en ecosistemas cerrados para producir oxígeno.

Se realizó un experimento con Chlorella a bordo de la estación orbital Salyut-6. En la década de 1970, todavía se creía que estar en microgravedad no afectaba negativamente al cuerpo humano: había muy poca información. También intentaron estudiar el efecto sobre los organismos vivos con la ayuda de Chlorella, cuyo ciclo de vida dura solo cuatro horas. Era conveniente compararlo con la Chlorella cultivada en la Tierra.


Fuente


El dispositivo IFS-2 fue diseñado para cultivar hongos, cultivos de tejidos y microorganismos y animales acuáticos. Fuente

Desde los años 70, se han llevado a cabo experimentos en sistemas cerrados en la URSS. En 1972, comenzó el trabajo de "BIOS-3": este sistema todavía está en vigor. El complejo está equipado con cámaras para cultivar plantas en condiciones artificiales reguladas: fitotrones. Cultivaban trigo, soja, ensalada de chufu, zanahorias, rábanos, remolacha, papas, pepinos, acedera, repollo, eneldo y cebolla. Los científicos lograron un ciclo casi 100% cerrado en agua y aire y hasta 50-80% en nutrición. Los objetivos principales del Centro Internacional de Sistemas Ecológicos Cerrados son estudiar los principios de funcionamiento de dichos sistemas de diversos grados de complejidad y desarrollar las bases científicas para su creación.

Uno de los experimentos de alto perfil que simulaba un vuelo a Marte y su regreso a la Tierra fue el "Mars-500". Durante 519 días, seis voluntarios estuvieron en un complejo cerrado. El experimento fue organizado por Rokosmos y la Academia de Ciencias de Rusia, y la Agencia Espacial Europea se convirtió en socio. En el "tablero del barco" había dos invernaderos, en uno crecía una ensalada, en el otro, guisantes. En este caso, el objetivo no era cultivar plantas cerca de las condiciones del espacio, sino descubrir cuán importantes son las plantas para la tripulación. Por lo tanto, las puertas del invernadero se sellaron con una película opaca y se instaló un sensor que fija cada abertura. En la foto de la izquierda, la miembro de la tripulación del Mars-500 Marina Tugusheva trabaja con invernaderos como parte del experimento.

Otro experimento a bordo del Mars 500 es GreenHouse. En el siguiente video, el miembro de la expedición Alexei Sitnev habla sobre el experimento y muestra un invernadero con varias plantas.



El hombre tendrá muchas posibilidades de morir en Marte . Corre el riesgo de estrellarse al aterrizar, congelarse en la superficie o simplemente no volar. Y, por supuesto, morir de hambre. La producción de cultivos es necesaria para la formación de una colonia, y los científicos y astronautas están trabajando en esta dirección, mostrando ejemplos exitosos del cultivo de algunas especies no solo en microgravedad, sino también en el suelo simulado de Marte y la Luna. Los colonos espaciales definitivamente tendrán la oportunidad de repetir el éxito de Mark Watney .

Source: https://habr.com/ru/post/es395689/