L'agriculture dans l'espace

L'humanité a pris toutes les connaissances rassemblées par les scientifiques pendant des centaines d'années pour commencer les vols spatiaux. Et puis un homme a été confronté à un nouveau problème - pour la colonisation d'autres planètes et les vols longue distance, il est nécessaire de développer un écosystème fermé, notamment - pour fournir aux astronautes de la nourriture, de l'eau et de l'oxygène. Livrer de la nourriture à Mars, à 200 millions de kilomètres de la Terre, est coûteux et difficile, plus logique de trouver des moyens de produire des produits faciles à mettre en œuvre en vol et sur la planète rouge.

Comment la microgravité affecte-t-elle les graines? Quels légumes seront inoffensifs s'ils sont cultivés dans un sol martien riche en métaux lourds? Comment équiper une plantation à bord d'un vaisseau spatial? Depuis plus de cinquante ans, les scientifiques et les astronautes cherchent des réponses à ces questions.

Dans l'illustration, le cosmonaute russe Maxim Suraev embrasse des plantes dans l'installation Lada à bord de la Station spatiale internationale, 2014.

Konstantin Tsiolkovsky a écrit dans «But de l'aéronautique»: «Imaginez une longue surface conique ou entonnoir, dont la base ou la large ouverture est recouverte d'une surface sphérique transparente. Il fait directement face au soleil et l'entonnoir tourne autour de son grand axe (hauteur). Sur les parois internes opaques du cône, il y a une couche de sol humide avec des plantes qui y sont plantées. » Il a donc proposé de créer artificiellement de la gravité pour les plantes. Les plantes doivent être sélectionnées de manière prolifique, petites, sans troncs épais et parties ne travaillant pas au soleil. Ainsi, les colonisateurs peuvent être partiellement pourvus de substances et de micro-éléments biologiquement actifs et régénérer l'oxygène et l'eau.

En 1962, le concepteur en chef de l'OKB-1, Sergey Korolev, a fixé la tâche: «Nous devrions commencer le développement de la serre (OR) selon Tsiolkovsky, avec des liens ou des blocs augmentant progressivement, et nous devons commencer à travailler sur les« récoltes spatiales ».


Manuscrit K.E. Tsiolkovsky "Album de voyage spatial", 1933. Une source

soviétique a lancé le premier satellite artificiel de la Terre en orbite le 4 octobre 1957, vingt-deux ans après la mort de Tsiolkovsky. Déjà en novembre de la même année, le bâtard Laika a été envoyé dans l'espace, le premier des chiens censés ouvrir la voie à l'espace pour les gens. Laika est morte d'une surchauffe en seulement cinq heures, bien que le vol ait été conçu pour une semaine - l'oxygène et la nourriture suffiraient pour cette fois.

Vol des écureuils et des flèchesen août 1960, il a été plus efficace pour les chiens et les animaux qui les accompagnaient - quarante souris et deux rats. Avec cette arche de Noé, des scientifiques soviétiques ont envoyé dans l'espace les graines de maïs, de blé, de pois et d'oignons. Toute l'équipe est descendue sur Terre dans un conteneur conçu pour les futurs vols humains. Mais cela ne suffisait pas - les gens devaient commencer à cultiver dans l'espace.


Chien Laika, le premier chien en orbite terrestre.

Dans le livre "Space to Earthlings", pilote-cosmonaute, membre de l'expédition Soyouz-3, George Beregovoy a écritqu'il est courant pour un homme de ressentir une implication dans la nature terrestre, où qu'il soit: «Mais lorsque vous vous trouvez en dehors de la planète d'origine, cela est particulièrement perçu. Faites attention à l'excitation et à la chaleur que les astronautes racontent à quoi ressemble la Terre depuis la hauteur de l'orbite. Eh bien, si un morceau du monde vivant voyage avec eux dans le vide sans vie de l'espace, alors prendre soin de ses compatriotes devient juste tendre. Même lorsque ces "compatriotes" sont les tiges vertes des pois communs. Soit dit en passant, ce sont A. Gubarev et G. Grechko qui l'ont cultivé sur Salute-4, puis les participants de la prochaine expédition, P. Klimuk et V. Sevastyanov, l'ont à nouveau planté.

À la station orbitale Salyut-4, lancée en 1974, il y avait une plante Oasis pour cultiver des plantes en apesanteur. George Grechko a écrit dans le livre "Cosmonaut No. 34" que travailler avec le système était l'une des expériences les plus intéressantes de son vol. La plante était hydroponique, il n'y avait pas de terre, les pois étaient censés pousser dans une gaze trempée. Peu de temps après avoir commencé à travailler avec l'Oasis, l'astronaute a remarqué que l'eau ne coule pas dans une cuvette et coule trop abondamment dans une autre, provoquant la pourriture des pois. D'énormes gouttes d'eau sont tombées de l'installation, pour lesquelles Grechko a couru autour de la station avec des serviettes. Il a coupé le tuyau et a commencé à arroser les pois à la main alors qu'il était occupé avec l'appareil pendant plusieurs heures.

L'astronaute admet qu'en raison de sa haine pour la biologie, l'école a presque ruiné l'expérience. Il a considéré que les germes se sont mélangés dans les tissus, n’ont pas poussé correctement et les ont libérés de la gaze, mais cela n’a pas aidé. Il s'est avéré qu'il a confondu les racines avec les tiges.

L'expérience a réussi. Pour la première fois dans l'espace, les plantes ont traversé un cycle allant de la graine à la tige de pois adulte. Mais sur 36 grains, seulement trois ont augmenté et augmenté.


Oasis-1 au Memorial Museum of Cosmonautics. Source Les

scientifiques ont suggéré que le problème était dû à une orientation génétiquement incorporée - le semis devrait être orienté vers la lumière et la racine devrait être dans la direction opposée. Ils ont perfectionné l'Oasis et la prochaine expédition a mis de nouvelles graines en orbite.

L'oignon a grandi. Vitaly Sevastyanov a rapporté à la Terre que les flèches atteignaient dix à quinze centimètres. «Quelles flèches, quel arc? Nous comprenons que c'est une blague, mais nous vous avons donné des pois, pas des bulbes », ont-ils déclaré depuis la Terre. L'ingénieur de vol a répondu que les astronautes ont attrapé deux ampoules de la maison pour les planter sur le plan, et a rassuré les scientifiques - presque tous les pois étaient montés.

Mais les plantes ont refusé de fleurir. À ce stade, ils sont morts. Le même sort attendait les tulipes, qui ont fleuri dans l'installation «Buttercup» au pôle Nord, mais pas dans l'espace.

Mais les oignons pouvaient être mangés, ce que les astronautes V. Kovalenok et A. Ivanchenkov ont fait avec succès en 1978: «Bravo. Peut-être que maintenant nous serons autorisés à manger et à récompenser les oignons. "


Technique - Jeunesse, 1983-04, page 6. Pois dans l'installation d'Oasis Les

cosmonautes V. Ryumin et L. Popov ont reçu l'installation Malachite avec des orchidées en fleurs en avril 1980. Les orchidées sont attachées dans l'écorce des arbres et dans les creux, et les scientifiques pensaient qu'elles pouvaient être moins sujettes au géotropisme - la capacité des organes végétaux à s'installer et à croître dans une certaine direction par rapport au centre du globe. Après quelques jours, les fleurs sont tombées, mais en même temps, les orchidées ont formé de nouvelles feuilles et de nouvelles racines aériennes. Un peu plus tard, l'équipage soviéto-vietnamien de V. Gorbatko et Fam Tuye a amené avec eux un Arabidopsis élevé.

Les plantes ne voulaient pas fleurir. Les graines ont germé, mais, par exemple, l'orchidée n'a pas fleuri dans l'espace. Les scientifiques devaient aider les plantes à faire face à l'apesanteur. Cela a été fait, entre autres, à l'aide de la stimulation électrique de la zone racinaire: les scientifiques pensaient que le champ électromagnétique de la Terre pouvait affecter la croissance. Une autre méthode impliquait le plan décrit par Tsiolkovsky pour créer la gravité artificielle - les plantes étaient cultivées dans une centrifugeuse. La centrifugeuse a aidé - les germes étaient orientés le long du vecteur de force centrifuge. Enfin, les astronautes ont réussi. Arabidopsis a fleuri dans le "Light Block".

Sur la gauche de l'image ci-dessous se trouve le conservatoire Fiton à bord du Salute-7. Pour la première fois dans cette serre orbitale, le Rezukhovidka Tal (Arabidopsis) a traversé un cycle de développement complet et a donné des graines. Au milieu se trouve le Sveoblok, dans lequel Arabidopsis a fleuri pour la première fois à bord du Salute-6. A droite se trouve la serre embarquée Oasis-1A de la station Salyut-7: elle était équipée d'un système d'irrigation semi-automatique dosé, d'aération et de stimulation électrique des racines et pouvait déplacer les vaisseaux végétaux avec des plantes par rapport à la source lumineuse.


Fiton, Sveoblok et Oasis-1


A. Configuration de trapèze pour l'étude de la croissance et du développement des plantes. Source


Kits de semences Journal de


vol de la station Salyut-7, croquis de Svetlana Savitskaya

À la station Mir, la première serre automatique au monde, Svet, a été installée. Les cosmonautes russes ont mené six expériences dans cette serre dans les années 1990-2000. Ils cultivaient des salades, des radis et du blé. En 1996-1997, l'Institut des problèmes biomédicaux de l'Académie russe des sciences prévoyait de cultiver des semences de plantes obtenues dans l'espace, c'est-à-dire de travailler avec deux générations de plantes. Pour l'expérience, nous avons choisi un hybride de chou sauvage d'une vingtaine de centimètres de haut. La plante avait un inconvénient - les astronautes devaient faire face à la pollinisation.

Le résultat était intéressant - les graines de la deuxième génération dans l'espace ont été reçues, et elles ont même germé. Mais les plantes ont atteint six centimètres au lieu de vingt-cinq. Margarita Levinsky, chercheuse à l'Institut des problèmes biomédicaux de l'Académie russe des sciences, racontece travail de bijouterie sur la pollinisation des plantes a été réalisé par l'astronaute américain Michael Fossum.


Vidéo Roskosmos sur la croissance des plantes dans l'espace. À 16 h 38 - Usines de la station Mir





En avril 2014, le cargo Dragon SpaceX a livré une usine de croissance verte Veggie à la Station spatiale internationale et, en mars, les astronautes ont commencé à tester la plantation orbitale. L'unité contrôle l'apport de lumière et de nutriments. En août 2015, des légumes verts frais cultivés en microgravité ont été inclus dans le menu des astronautes .




Laitue cultivée sur la Station spatiale internationale


Ainsi, la plantation sur la station spatiale peut être tournée vers l'avenir

Dans le segment russe de la Station spatiale internationale, la serre Lada fonctionne pour l' expérience Plants-2 . Fin 2016 ou début 2017, la version Lada-2 apparaîtra à bord. L'Institut des problèmes biomédicaux de l'Académie russe des sciences travaille sur ces projets.





La production de cultures spatiales ne se limite pas aux expériences de gravité zéro. Pour coloniser d'autres planètes, une personne devra développer une agriculture au sol, différente de la terre, et dans une atmosphère de composition différente. En 2014, le biologiste Michael Mautner a soulevéasperges avec pommes de terre sur sol de météorite. Pour être adaptée à la croissance du sol, la météorite a été broyée en poudre. Par expérience, il a pu prouver que des bactéries, des champignons microscopiques et des plantes peuvent se développer sur des sols d'origine extraterrestre. Le matériel de la plupart des astéroïdes contient des phosphates, des nitrates et parfois de l'eau.


Asperges cultivées sur un sol de météorite

Dans le cas de Mars, où il y a beaucoup de sable et de poussière, le broyage de la roche n'est pas nécessaire. Mais un autre problème se pose - la composition du sol. Dans le sol de Mars, il y a des métaux lourds, dont une quantité accrue dans les plantes est dangereuse pour l'homme. Des scientifiques hollandais ont imité le sol martien et depuis 2013, ils y ont cultivé dix cultures de plusieurs espèces végétales.

À la suite de l'expérience, les scientifiques ont découvert que la teneur en métaux lourds des pois, radis, seigle et tomates cultivés sur un sol martien simulé n'est pas dangereuse pour l'homme. Les scientifiques continuent d'explorer les pommes de terre et d'autres cultures.


Le chercheur Wager Wamelink inspecte les plantes cultivées sur un sol martien simulé. Photo: Joep Frissel / AFP / Getty Images


Contenu métallique dans une récolte récoltée sur Terre et sur les simulations de sol de la Lune et de Mars

L'une des tâches importantes est de créer un cycle de survie fermé. Les plantes reçoivent du dioxyde de carbone et des déchets d'équipage, donnent de l'oxygène en retour et produisent de la nourriture. Les scientifiques ont vérifiéla possibilité d'utiliser des algues unicellulaires chlorella dans les aliments, contenant chacun 45% de protéines et 20% de lipides et glucides. Mais cela, en théorie, les aliments nutritifs ne sont pas absorbés par les humains en raison de la paroi cellulaire dense. Il existe des moyens de résoudre ce problème. Les parois cellulaires peuvent être clivées par des méthodes technologiques utilisant un traitement thermique, un broyage fin ou d'autres méthodes. Vous pouvez emporter des enzymes spécialement conçues pour la chlorelle que les astronautes emporteront avec de la nourriture. Les scientifiques peuvent également apporter des OGM-chlorelles, dont les enzymes humaines peuvent se diviser. Ils ne traitent pas de la chlorelle pour la nutrition dans l'espace, mais ils l'utilisent dans des écosystèmes fermés pour produire de l'oxygène.

Une expérience avec la chlorelle a été réalisée à bord de la station orbitale Salyut-6. Dans les années 1970, on croyait encore que le fait d'être en microgravité n'affectait pas le corps humain - il y avait trop peu d'informations. Ils ont également tenté d'étudier l'effet sur les organismes vivants à l'aide de chlorella, dont le cycle de vie ne dure que quatre heures. Il était pratique de comparer avec la chlorelle cultivée sur Terre.


Source


Le dispositif IFS-2 était destiné à la culture de champignons, de cultures de tissus et de micro-organismes et d'animaux aquatiques. Source

Depuis les années 70, des expériences sur des systèmes fermés ont été menées en URSS. En 1972, les travaux de "BIOS-3" ont commencé - ce système est toujours en vigueur. Le complexe est équipé de caméras pour faire pousser des plantes dans des conditions artificielles réglementées - les phytotrons. Ils cultivaient du blé, du soja, de la salade de chufu, des carottes, des radis, des betteraves, des pommes de terre, des concombres, de l'oseille, du chou, de l'aneth et des oignons. Les scientifiques ont pu réaliser un cycle fermé de près de 100% dans l'eau et l'air et jusqu'à 50-80% en nutrition. Les principaux objectifs du Centre international pour les systèmes écologiques fermés sont d'étudier les principes de fonctionnement de ces systèmes à des degrés divers de complexité et de développer la base scientifique de leur création.

L'une des expériences de haut niveau simulant un vol vers Mars et un retour sur Terre a été le «Mars-500». Pendant 519 jours, six volontaires se trouvaient dans un complexe fermé. L'expérience a été organisée par Rokosmos et l'Académie russe des sciences, et l'Agence spatiale européenne est devenue partenaire. Sur le «bord du navire», il y avait deux serres - dans l'une poussait une salade, dans l'autre - des pois. Dans ce cas, l'objectif n'était pas de faire pousser des plantes à proximité des conditions spatiales, mais de découvrir l'importance des plantes pour l'équipage. Par conséquent, les portes de la serre ont été scellées avec un film opaque et un capteur a été installé qui fixe chaque ouverture. Sur la photo de gauche, Marina Tugusheva, membre de l'équipage du Mars-500, travaille avec des serres dans le cadre de l'expérience.

Une autre expérience à bord du Mars 500 est GreenHouse. Dans la vidéo ci-dessous, le membre de l'expédition Alexei Sitnev parle de l'expérience et montre une serre avec diverses plantes.



L'homme aura de nombreuses chances de mourir sur Mars . Il court le risque de s'écraser à l'atterrissage, de geler à la surface ou simplement de ne pas voler. Et, bien sûr, mourir de faim. La production végétale est nécessaire pour la formation d'une colonie, et les scientifiques et les astronautes travaillent dans ce sens, montrant des exemples réussis de la culture de certaines espèces non seulement en microgravité, mais aussi dans le sol simulé de Mars et de la Lune. Les colons de l'espace auront certainement l'occasion de répéter le succès de Mark Watney .

Source: https://habr.com/ru/post/fr395689/