अंतरिक्ष में कृषि

अंतरिक्ष उड़ानों को शुरू करने के लिए मानवता ने सैकड़ों वर्षों में वैज्ञानिकों द्वारा एकत्र किए गए सभी ज्ञान को लिया। और फिर एक आदमी ने एक नई समस्या का सामना किया - अन्य ग्रहों और लंबी दूरी की उड़ानों के उपनिवेशण के लिए, एक बंद पारिस्थितिकी तंत्र विकसित करना आवश्यक है, जिसमें भोजन, पानी और ऑक्सीजन के साथ अंतरिक्ष यात्रियों को प्रदान करना शामिल है। मंगल ग्रह पर भोजन पहुंचाना, जो पृथ्वी से 200 मिलियन किलोमीटर की दूरी पर है, महंगा और कठिन है, ऐसे उत्पादों का निर्माण करने के तरीके खोजना जो उड़ान में और लाल ग्रह पर लागू करना आसान हो।

सूक्ष्मजीव बीज को कैसे प्रभावित करते हैं? भारी धातु युक्त मंगल मिट्टी में उगाए जाने पर क्या सब्जियां हानिरहित होंगी? एक वृक्षारोपण को एक अंतरिक्ष यान पर कैसे लैस किया जाए? पचास से अधिक वर्षों से, वैज्ञानिक और अंतरिक्ष यात्री इन सवालों के जवाब की तलाश में हैं।

चित्रण में, रूसी कॉस्मोनॉट मैक्सिम सुराव अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन, 2014 में लाडा स्थापना में पौधों को गले लगाते हैं।

कोन्स्टेंटिन त्सोल्कोवस्की ने "एरोनॉटिक्स के उद्देश्य" में लिखा है: "एक लंबी शंक्वाकार सतह या फ़नल की कल्पना करें, जिसका आधार या चौड़ा उद्घाटन एक पारदर्शी गोलाकार सतह के साथ कवर किया गया है। यह सीधे सूर्य का सामना कर रहा है, और कीप अपनी लंबी धुरी (ऊंचाई) पर घूमती है। शंकु की अपारदर्शी भीतरी दीवारों पर पौधों के साथ नम मिट्टी की एक परत होती है। " इसलिए उन्होंने पौधों के लिए कृत्रिम रूप से गुरुत्वाकर्षण बनाने का प्रस्ताव दिया। पौधों को लम्बी, छोटी, बिना मोटी चड्डी और भागों के धूप में काम न करने के लिए चुना जाना चाहिए। इसलिए कॉलोनाइजरों को आंशिक रूप से जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों और माइक्रोएलेटमेंट्स और पुनर्जीवित ऑक्सीजन और पानी के साथ प्रदान किया जा सकता है।

1962 में, OKB-1, सर्गेई कोरोलेव के मुख्य डिजाइनर ने कार्य को निर्धारित किया: "हमें धीरे-धीरे बढ़ते लिंक या ब्लॉकों के साथ, टसीकोलोव्स्की के अनुसार ग्रीनहाउस (OR) के विकास को शुरू करना चाहिए, और हमें" अंतरिक्ष फसल "के लिए काम करना शुरू करना चाहिए।


पांडुलिपि के.ई. Tsiolkovsky "अंतरिक्ष यात्रा का एल्बम", 1933।

यूएसएसआर के एक स्रोत ने Tsiolkovsky की मृत्यु के बाईस साल बाद 4 अक्टूबर, 1957 को कक्षा में पहला कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह लॉन्च किया। पहले से ही उस वर्ष के नवंबर में, मोंगरेल लाइका को अंतरिक्ष में भेजा गया था, पहले कुत्ते जो लोगों के लिए अंतरिक्ष में जाने का रास्ता खोलने वाले थे। लाइका की मौत महज पांच घंटों में हुई। हालांकि, उड़ान को एक सप्ताह के लिए डिजाइन किया गया था - इस समय के लिए ऑक्सीजन और भोजन पर्याप्त होगा।

गिलहरी और तीर की उड़ानअगस्त 1960 में, यह कुत्तों और उनके साथ आए जानवरों दोनों के लिए अधिक सफल रहा - चालीस चूहे और दो चूहे। इस नूह के सन्दूक के साथ, सोवियत वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष में मकई, गेहूं, मटर और प्याज के बीज भेजे। पूरी टीम भविष्य के मानव उड़ानों के लिए डिज़ाइन किए गए कंटेनर में पृथ्वी पर उतरी। लेकिन यह पर्याप्त नहीं था - लोगों को अंतरिक्ष में खेती शुरू करनी पड़ी।


डॉग लाइका, जो पृथ्वी की कक्षा में पहला कुत्ता है।

"स्पेस टू अर्थलिंग्स" पुस्तक में, पायलट-कॉस्मोनॉट, सोयुज -3 अभियान के सदस्य, जॉर्ज बेरेगोव ने लिखा हैयह एक आदमी के लिए सांसारिक प्रकृति में भागीदारी महसूस करने के लिए आम है, चाहे वह कहीं भी हो: “लेकिन जब आप खुद को घर के ग्रह से बाहर पाते हैं, तो यह विशेष रूप से तेज माना जाता है। इस बात पर ध्यान दें कि अंतरिक्ष यात्री किस उत्साह और गर्मजोशी के साथ पृथ्वी की कक्षा की ऊँचाई से दिखते हैं। ठीक है, अगर जीवित दुनिया का एक टुकड़ा उनके साथ अंतरिक्ष के बेजान शून्य में यात्रा करता है, तो "साथी देशवासियों" की देखभाल सिर्फ निविदा बन जाती है। यहां तक ​​कि जब ये "देशवासियों" आम मटर के हरे डंठल हैं। वैसे, ए। गुबारेव और जी। ग्रीचको ही थे, जिन्होंने इसे साल्यूट -4 में बढ़ाया, और फिर अगले अभियान के प्रतिभागियों पी। क्लिमुक और वी। सेवस्त्यानोव ने फिर से इसे लगाया। "

साल्युट -4 कक्षीय स्टेशन पर, 1974 में लॉन्च किया गया था, शून्य गुरुत्वाकर्षण में पौधों की खेती के लिए एक ओएसिस संयंत्र था। जॉर्ज ग्रेको ने "कॉस्मोनॉट नंबर 34" पुस्तक में लिखा है कि सिस्टम के साथ काम करना उनकी उड़ान में सबसे दिलचस्प प्रयोगों में से एक था। संयंत्र हाइड्रोपोनिक था, कोई जमीन नहीं थी, मटर को भीगे हुए धुंध में उगना चाहिए था। ओएसिस के साथ काम शुरू करने के तुरंत बाद, अंतरिक्ष यात्री ने देखा कि पानी एक क्युवेट में नहीं बहता है और बहुत अधिक मात्रा में दूसरे में बहता है, जिससे मटर सड़ जाता है। स्थापना से पानी की भारी बूंदें गिर गईं, जिसके लिए ग्रीको ने नैपकिन के साथ स्टेशन के चारों ओर पीछा किया। उन्होंने नली को काट दिया और हाथ से मटर को पानी देना शुरू कर दिया, जबकि वह कई घंटों तक तंत्र में व्यस्त था।

अंतरिक्ष यात्री मानते हैं कि जीव विज्ञान के लिए उनकी घृणा के कारण, स्कूल ने प्रयोग को लगभग बर्बाद कर दिया। उन्होंने माना कि स्प्राउट्स ऊतक में मिश्रित हो गए, ठीक से विकसित नहीं हुए, और उन्हें धुंध से मुक्त कर दिया, लेकिन इससे कोई मदद नहीं मिली। यह पता चला कि उसने जड़ों को तनों के साथ उलझा दिया।

प्रयोग सफल रहा। अंतरिक्ष में पहली बार, पौधे बीज से वयस्क मटर के डंठल के चक्र से गुजरे। लेकिन 36 अनाजों में से केवल तीन ही उगते हैं और बढ़ते हैं।


कॉसमोनॉटिक्स के मेमोरियल संग्रहालय में ओएसिस -1। स्रोत

वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि आनुवंशिक रूप से शामिल अभिविन्यास के कारण समस्या उत्पन्न हुई - अंकुर प्रकाश की ओर होना चाहिए, और जड़ विपरीत दिशा में होनी चाहिए। उन्होंने ओएसिस को पूरा किया, और अगले अभियान ने नए बीजों को कक्षा में ले लिया।

प्याज उगाया है। विटाली सेवस्त्यानोव ने पृथ्वी को बताया कि तीर दस से पंद्रह सेंटीमीटर तक पहुंच गए। “क्या तीर, क्या धनुष? हम समझते हैं कि यह एक मजाक है, लेकिन हमने आपको मटर दिया, बल्ब नहीं। फ़्लाइट इंजीनियर ने उत्तर दिया कि अंतरिक्ष यात्रियों ने योजना के तहत उन्हें लगाने के लिए घर से दो बल्बों को पकड़ा और वैज्ञानिकों को आश्वस्त किया - लगभग सभी मटर चढ़ गए थे।

लेकिन पौधों ने खिलने से इनकार कर दिया। इस स्तर पर, वे मर गए। उसी भाग्य को ट्यूलिप का इंतजार था, जो उत्तरी ध्रुव पर "बटरकप" की स्थापना में खिल गया, लेकिन अंतरिक्ष में नहीं।

लेकिन प्याज खाया जा सकता है, जो अंतरिक्ष यात्री वी। कोवलेंक और ए। इवानचेनकोव ने 1978 में सफलतापूर्वक किया: "अच्छी तरह से किया। शायद अब हमें प्याज खाने और इनाम देने की अनुमति दी जाएगी। ”


तकनीक - युवा, 1983-04, पृष्ठ 6। ओएसिस इंस्टॉलेशन में मटर।

कोस्मोनॉट्स वी। रयूमिन और एल। पोपोव ने अप्रैल 1980 में खिलते ऑर्किड के साथ मैलाकाइट इंस्टॉलेशन प्राप्त किया। ऑर्किड पेड़ों की छाल और खोखले में संलग्न होते हैं, और वैज्ञानिकों ने सोचा कि वे भू - आकृतिवाद से कम प्रभावित हो सकते हैं - पौधों के अंगों को दुनिया के केंद्र के सापेक्ष एक निश्चित दिशा में बसने और बढ़ने की क्षमता। कुछ दिनों के बाद, फूल गिर गए, लेकिन साथ ही ऑर्किड ने नए पत्ते और हवाई जड़ें बनाईं। थोड़ी देर बाद, वी। गोर्बात्को और फैम तुये के सोवियत-वियतनामी चालक दल अपने साथ एक कट्टर अरबिडोप्सिस लेकर आए।

पौधे खिलना नहीं चाहते थे। बीज अंकुरित होते हैं, लेकिन, उदाहरण के लिए, आर्किड अंतरिक्ष में नहीं खिलता है। वैज्ञानिकों को पौधों को भारहीनता से निपटने में मदद करने की आवश्यकता थी। यह रूट ज़ोन की विद्युत उत्तेजना की मदद से अन्य चीजों के बीच किया गया था: वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि पृथ्वी के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र विकास को प्रभावित कर सकते हैं। एक अन्य विधि में कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण बनाने के लिए Tsiolkovsky द्वारा वर्णित योजना शामिल थी - पौधों को एक अपकेंद्रित्र में उगाया गया था। अपकेंद्रित्र ने मदद की - अंकुरित केन्द्रापसारक बल वेक्टर के साथ उन्मुख थे। अंत में, अंतरिक्ष यात्रियों को अपना रास्ता मिल गया। Arabidopsis "लाइट ब्लॉक" में खिल गया।

नीचे की छवि में बाईं ओर सैल्यूट -7 में फिटन कंजर्वेटरी है। इस कक्षीय ग्रीनहाउस में पहली बार, रेजुखोविडका ताल (अरेबिडोप्सिस) एक पूर्ण विकास चक्र के माध्यम से गया और बीज दिया। बीच में Sveoblok है, जिसमें अरबिडोप्सिस पहली बार सैल्यूट -6 पर सवार हुए। दाईं ओर साल्युत -7 स्टेशन पर ऑन-बोर्ड ग्रीनहाउस "ओएसिस -1 ए" है: यह जड़ों के एक अर्ध-स्वचालित सिंचाई प्रणाली, वातन और विद्युत उत्तेजना से सुसज्जित था और प्रकाश स्रोत के सापेक्ष पौधों के साथ वनस्पति जहाजों को स्थानांतरित कर सकता था।


फिटन, स्वोब्लोक और ओएसिस -1 ए।


पौधे की वृद्धि और विकास का अध्ययन करने के लिए ट्रेपेज़ियम सेटअप। स्रोत


बीज किट


सैल्यूट -7 स्टेशन की उड़ान लॉग, स्वेतलाना सवेत्सकाया द्वारा स्केच

मीर स्टेशन पर, दुनिया का पहला स्वचालित ग्रीनहाउस, श्वेत, स्थापित किया गया था। 1990-2000 के दशक में इस ग्रीनहाउस में रूसी कॉस्मोनॉट्स ने छह प्रयोग किए। उन्होंने सलाद, मूली और गेहूं उगाए। 1996-1997 में, द इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल प्रॉब्लम्स ऑफ द रशियन एकेडमी ऑफ साइंसेज ने अंतरिक्ष में प्राप्त पौधों के बीजों को उगाने की योजना बनाई- यानी पौधों की दो पीढ़ियों के साथ काम करना। प्रयोग के लिए, हमने लगभग बीस सेंटीमीटर ऊंची जंगली गोभी का एक संकर चुना। संयंत्र में एक माइनस था - अंतरिक्ष यात्रियों को परागण से निपटना था।

परिणाम दिलचस्प था - अंतरिक्ष में दूसरी पीढ़ी के बीज प्राप्त हुए, और वे भी अंकुरित हुए। लेकिन पौधे पच्चीस के बजाय छह सेंटीमीटर तक बढ़ गए। मार्जरीटा लेविंस्की, रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के जैव चिकित्सा समस्याओं के संस्थान में शोधकर्ता बताती हैंपौधों के परागण पर काम करने वाले गहनों का प्रदर्शन अमेरिकी अंतरिक्ष यात्री माइकल फॉसम द्वारा किया गया था।


अंतरिक्ष में बढ़ते पौधों के बारे में वीडियो रोसकोसमोस। 4:38 पर - मीर स्टेशन पर पौधे।





अप्रैल 2014 में, ड्रैगन स्पेसएक्स कार्गो जहाज ने अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन में एक वेजी ग्रीन ग्रोथ प्लांट पहुंचाया और मार्च में अंतरिक्ष यात्रियों ने कक्षीय वृक्षारोपण का परीक्षण शुरू किया। यूनिट प्रकाश और पोषक तत्वों के सेवन को नियंत्रित करता है। अगस्त 2015 में, अंतरिक्ष यात्रियों की स्थिति में माइक्रो ग्रेविटी परिस्थितियों में उगाए गए ताजे साग को शामिल किया गया था ।




अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर उगाया जाने वाला लेटेस


इसलिए भविष्य में अंतरिक्ष स्टेशन पर वृक्षारोपण लग सकता है।

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के रूसी खंड में, लाडा ग्रीनहाउस पौधों -2 के प्रयोग के लिए संचालित होता है । 2016 के अंत में या 2017 की शुरुआत में, लाडा -2 संस्करण बोर्ड पर दिखाई देगा। द इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल प्रॉब्लम्स ऑफ द रशियन एकेडमी ऑफ साइंसेज इन प्रोजेक्ट्स पर काम कर रही है।





अंतरिक्ष फसल उत्पादन शून्य गुरुत्वाकर्षण प्रयोगों तक सीमित नहीं है। अन्य ग्रहों का उपनिवेश करने के लिए, एक व्यक्ति को जमीन पर कृषि का विकास करना होगा, जो पृथ्वी से अलग होता है, और एक अलग संरचना के साथ वातावरण में। 2014 में, जीवविज्ञानी माइकल मटनर ने उठायाउल्कापिंड मिट्टी पर आलू के साथ शतावरी। बढ़ती मिट्टी के लिए उपयुक्त होने के लिए, उल्कापिंड को पाउडर में डाला गया था। अनुभव से, वह यह साबित करने में सक्षम था कि बैक्टीरिया, सूक्ष्म कवक और पौधे अलौकिक मूल की मिट्टी पर बढ़ सकते हैं। अधिकांश क्षुद्रग्रहों की सामग्री में फॉस्फेट, नाइट्रेट और कभी-कभी पानी होता है।


शतावरी मिट्टी पर उगाया जाता

है मंगल के मामले में, जहां बहुत अधिक रेत और धूल है, चट्टान को पीसना आवश्यक नहीं है। लेकिन एक और समस्या पैदा होती है - मिट्टी की संरचना। मंगल की मिट्टी में भारी धातुएँ हैं, पौधों में वृद्धि की मात्रा मनुष्यों के लिए खतरनाक है। नीदरलैंड से वैज्ञानिकों ने मंगल ग्रह का निवासी मिट्टी नकली और 2013 में उठाया कई पौधों की प्रजातियों की उसके दस फसलों।

प्रयोग के परिणामस्वरूप, वैज्ञानिकों ने पाया कि नकली मार्टियन मिट्टी पर उगाए गए मटर, मूली, राई और टमाटर में भारी धातुओं की सामग्री मनुष्यों के लिए खतरनाक नहीं है। वैज्ञानिकों ने आलू और अन्य संस्कृतियों का पता लगाना जारी रखा।


शोधकर्ता वेगर वेमेलिंक ने नकली मार्टियन मिट्टी पर उगाए गए पौधों का निरीक्षण किया। फोटो: जोप फ्रिसल / एएफपी / गेटी इमेजेज


मेटल कंटेंट इन ए हार्वेस्ट कलेक्टेड ऑन अर्थ एंड सॉइल सिचुएशंस ऑन द मून एंड मार्स

एक महत्वपूर्ण कार्यों में से एक बंद जीवन-समर्थन चक्र बनाना है। पौधे कार्बन डाइऑक्साइड और चालक दल के कचरे को प्राप्त करते हैं, बदले में ऑक्सीजन देते हैं और भोजन का उत्पादन करते हैं। वैज्ञानिकों ने जाँच कीभोजन में एककोशिकीय शैवाल क्लोरेला का उपयोग करने की संभावना, जिसमें 45% प्रोटीन और 20% वसा और कार्बोहाइड्रेट होते हैं। लेकिन यह, सिद्धांत रूप में, घने कोशिका दीवार के कारण पौष्टिक भोजन मनुष्यों द्वारा अवशोषित नहीं किया जाता है। इस समस्या को हल करने के तरीके हैं। सेल की दीवारों को गर्मी उपचार, ठीक पीसने, या अन्य तरीकों का उपयोग करके तकनीकी तरीकों से साफ किया जा सकता है। आप विशेष रूप से क्लोरेला के लिए डिज़ाइन किए गए एंजाइमों को साथ ले जा सकते हैं जो अंतरिक्ष यात्री भोजन के साथ लेंगे। वैज्ञानिक GMO-chlorella भी ला सकते हैं, जिसकी दीवार से मानव एंजाइम विभाजित हो सकते हैं। वे अंतरिक्ष में पोषण के लिए क्लोरेला के साथ सौदा नहीं करते हैं, लेकिन वे ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए बंद पारिस्थितिक तंत्र में इसका उपयोग करते हैं।

सेल्युट -6 कक्षीय स्टेशन पर बोर्ड पर क्लोरेला के साथ एक प्रयोग किया गया था। 1970 के दशक में, यह अभी भी माना जाता था कि माइक्रोग्रैविटी में होने से मानव शरीर पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता था - बहुत कम जानकारी थी। उन्होंने क्लोरैला की मदद से जीवित जीवों पर प्रभाव का अध्ययन करने की भी कोशिश की, जिसका जीवन चक्र केवल चार घंटे तक रहता है। पृथ्वी पर उगने वाले क्लोरेला के साथ तुलना करना सुविधाजनक था।


स्रोत


IFS-2 उपकरण मशरूम, ऊतक और सूक्ष्मजीव संस्कृतियों, और जलीय जानवरों के बढ़ने के लिए था। स्रोत

70 के दशक से, यूएसएसआर में बंद सिस्टम पर प्रयोग किए गए हैं। 1972 में, "BIOS-3" का काम शुरू हुआ - यह प्रणाली अभी भी लागू है। जटिल कृत्रिम परिस्थितियों में पौधों के बढ़ने के लिए कैमरों से सुसज्जित है - फाइटोट्रॉन। उन्होंने गेहूं, सोयाबीन, चफू सलाद, गाजर, मूली, बीट्स, आलू, खीरे, शर्बत, गोभी, डिल और प्याज की खेती की। वैज्ञानिकों ने पानी और हवा में लगभग 100% बंद चक्र और पोषण में 50-80% तक हासिल करने में सक्षम थे। इंटरनेशनल सेंटर फॉर क्लोज्ड इकोलॉजिकल सिस्टम का मुख्य लक्ष्य जटिलता के अलग-अलग डिग्री के ऐसे सिस्टम के कामकाज के सिद्धांतों का अध्ययन करना और उनके निर्माण के लिए वैज्ञानिक आधार विकसित करना है।

मंगल ग्रह की उड़ान के लिए और पृथ्वी पर लौटने वाले उच्च प्रोफ़ाइल प्रयोगों में से एक था "मंगल -500"। 519 दिनों के लिए, छह स्वयंसेवक एक बंद परिसर में थे। प्रयोग रोकोसमोस और रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज द्वारा आयोजित किया गया था, और यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी एक भागीदार बन गई थी। "जहाज के बोर्ड" में दो ग्रीनहाउस थे - एक में एक सलाद बढ़ता था, दूसरे में - मटर। इस मामले में, लक्ष्य अंतरिक्ष की स्थिति के करीब पौधों को विकसित करना नहीं था, बल्कि यह पता लगाना था कि चालक दल के लिए पौधे कितने महत्वपूर्ण हैं। इसलिए, ग्रीनहाउस के दरवाजे एक अपारदर्शी फिल्म के साथ सील किए गए थे और एक सेंसर स्थापित किया गया था जो प्रत्येक उद्घाटन को ठीक करता है। बाईं ओर की तस्वीर में, मंगल -500 चालक दल के सदस्य मरीना तुगुशेवा प्रयोग के हिस्से के रूप में ग्रीनहाउस के साथ काम करते हैं।

मंगल ग्रह 500 पर एक और प्रयोग ग्रीनहाउस है। नीचे दिए गए वीडियो में, अभियान के सदस्य अलेक्सई सितनेव प्रयोग के बारे में बात करते हैं और विभिन्न पौधों के साथ एक ग्रीनहाउस दिखाते हैं।



मंगल पर मरने के लिए मनुष्य के पास कई मौके होंगे । वह लैंडिंग के समय दुर्घटनाग्रस्त होने का जोखिम उठाता है, सतह पर जमता है, या बस उड़ान नहीं भरता है। और, ज़ाहिर है, भूख से मर जाते हैं। एक उपनिवेश के निर्माण के लिए फसल उत्पादन आवश्यक है, और वैज्ञानिक और अंतरिक्ष यात्री इस दिशा में काम कर रहे हैं, जिसमें न केवल सूक्ष्मजीव, बल्कि मंगल और चंद्रमा की नकली मिट्टी में कुछ प्रजातियों की खेती के सफल उदाहरण दिखाए गए हैं। स्पेस कॉलोनीवासियों के पास निश्चित रूप से मार्क विटनी की सफलता को दोहराने का अवसर होगा ।

Source: https://habr.com/ru/post/hi395689/