Agricultura no espaço

A humanidade levou todo o conhecimento coletado pelos cientistas ao longo de centenas de anos para iniciar os vôos espaciais. E então um homem enfrentou um novo problema - para a colonização de outros planetas e voos de longa distância, é necessário desenvolver um ecossistema fechado, inclusive - para fornecer alimentos, água e oxigênio aos astronautas. Entregar comida a Marte, a 200 milhões de quilômetros da Terra, é caro e difícil, mais lógico encontrar maneiras de produzir produtos fáceis de implementar em voo e no Planeta Vermelho.

Como a microgravidade afeta as sementes? Quais vegetais serão inofensivos se cultivados em solo de Marte rico em metais pesados? Como equipar uma plantação a bordo de uma nave espacial? Por mais de cinquenta anos, cientistas e astronautas têm procurado respostas para essas perguntas.

Na ilustração, o cosmonauta russo Maxim Suraev abraça as plantas na instalação de Lada a bordo da Estação Espacial Internacional, 2014.

Konstantin Tsiolkovsky escreveu em “Finalidade da aeronáutica”: “Imagine uma superfície cônica longa ou funil, cuja base ou ampla abertura é coberta por uma superfície esférica transparente. Está diretamente voltado para o Sol, e o funil gira em torno de seu eixo longo (altura). Nas paredes opacas do cone, há uma camada de solo úmido com plantas plantadas nele. ” Então ele propôs criar artificialmente a gravidade para as plantas. As plantas devem ser selecionadas prolíficas, pequenas, sem troncos grossos e peças que não trabalhem ao sol. Assim, os colonizadores podem receber parcialmente substâncias e micro-elementos biologicamente ativos e regenerar oxigênio e água.

Em 1962, o designer-chefe do OKB-1, Sergey Korolev, estabeleceu a tarefa: “Deveríamos iniciar o desenvolvimento da estufa de acordo com Tsiolkovsky, com links ou blocos cada vez maiores, e devemos começar a trabalhar nas“ colheitas espaciais ”.


Manuscript K.E. Tsiolkovsky "Álbum de viagens espaciais", 1933. Uma fonte da

URSS lançou o primeiro satélite artificial da Terra em órbita em 4 de outubro de 1957, vinte e dois anos após a morte de Tsiolkovsky. Já em novembro daquele ano, o vira-lata Laika foi enviado ao espaço, o primeiro dos cães que deveriam abrir o caminho para o espaço das pessoas. Laika morreu de superaquecimento em apenas cinco horas, embora o vôo tenha sido projetado por uma semana - oxigênio e comida seriam suficientes para esse período.

Vôo de esquilos e flechasem agosto de 1960, foi mais bem-sucedido para cães e animais que os acompanharam - quarenta camundongos e dois ratos. Juntamente com a Arca de Noé, os cientistas soviéticos enviaram para o espaço as sementes de milho, trigo, ervilhas e cebolas. Toda a equipe desceu à Terra em um contêiner projetado para futuros vôos humanos. Mas isso não foi suficiente - as pessoas tiveram que começar a cultivar no espaço.


Dog Laika, o primeiro cão na órbita da Terra.

No livro "Space to Earthlings", cosmonauta piloto, membro da expedição Soyuz-3, escreveu George Beregovoyque é comum que um homem sinta envolvimento com a natureza terrena, onde quer que esteja: “Mas quando você se encontra fora do planeta natal, isso é percebido de maneira especialmente nítida. Preste atenção à emoção e calor que os astronautas contam sobre como a Terra se parece a partir da altura da órbita. Bem, se um pedaço do mundo vivo viaja com eles no vazio sem vida do espaço, então cuidar de "compatriotas" torna-se apenas terno. Mesmo quando esses "compatriotas" são caules verdes de ervilhas comuns. Aliás, A. Gubarev e G. Grechko foram os que a cultivaram na Salute-4, e depois os participantes da expedição seguinte, P. Klimuk e V. Sevastyanov, a plantaram novamente. ”

Na estação orbital Salyut-4, lançada em 1974, havia uma planta Oasis para cultivar plantas em gravidade zero. George Grechko escreveu no livro "Cosmonauta nº 34" que trabalhar com o sistema foi uma das experiências mais interessantes em seu voo. A planta era hidropônica, não havia terra, as ervilhas deveriam crescer em gaze encharcada. Logo após iniciar o trabalho com o Oasis, o astronauta percebeu que a água não flui para uma cubeta e flui abundantemente para outra, causando o apodrecimento das ervilhas. Gotas enormes de água caíram da instalação, pela qual Grechko perseguiu a estação com guardanapos. Ele cortou a mangueira e começou a regar as ervilhas à mão enquanto ele estava ocupado com o aparelho por várias horas.

O astronauta admite que, por causa de seu ódio pela biologia, a escola quase arruinou o experimento. Ele considerou que os brotos se misturaram no tecido, não cresceram adequadamente e os libertaram da gaze, mas isso não ajudou. Acabou que ele confundiu as raízes com os caules.

O experimento foi bem sucedido. Pela primeira vez no espaço, as plantas passaram por um ciclo de sementes a caules de ervilhas adultas. Mas dos 36 grãos, apenas três cresceram e cresceram.


Oásis-1 no Museu Memorial da Cosmonáutica. Fonte

Os cientistas sugeriram que o problema surgiu por causa da orientação de organismos geneticamente hipotecado - mudas devem ser atraídos para a luz, e a raiz - na direção oposta. Eles aperfeiçoaram o Oásis, e a próxima expedição colocou novas sementes em órbita.

A cebola cresceu. Vitaly Sevastyanov informou à Terra que as flechas atingiam dez a quinze centímetros. “Que flechas, que arco? Entendemos que isso é uma piada, mas lhe demos ervilhas, não bulbos ”, disseram eles da Terra. O engenheiro de vôo respondeu que os astronautas pegaram duas lâmpadas da casa para plantá-las sobre o plano e tranquilizou os cientistas - quase todas as ervilhas haviam subido.

Mas as plantas se recusaram a florescer. Nesta fase, eles morreram. O mesmo destino aguardava tulipas, que floresciam na instalação “Botão de Ouro” no Pólo Norte, mas não no espaço.

Mas as cebolas podiam ser comidas, o que os astronautas V. Kovalenok e A. Ivanchenkov fizeram com sucesso em 1978: “Muito bem. Talvez agora possamos comer e recompensar cebolas. "


Técnica - Juventude, 1983-04, página 6. Ervilhas na instalação do Oasis Os

cosmonautas V. Ryumin e L. Popov receberam a instalação de malaquita com orquídeas em abril de 1980. As orquídeas estão presas na casca das árvores e nas cavidades, e os cientistas pensaram que elas podem ser menos propensas ao geotropismo - a capacidade dos órgãos das plantas de se estabelecerem e crescerem em uma certa direção em relação ao centro do globo. Depois de alguns dias, as flores caíram, mas, ao mesmo tempo, as orquídeas formaram novas folhas e raízes aéreas. Um pouco mais tarde, a tripulação soviético-vietnamita de V. Gorbatko e Fam Tuye trouxeram com eles uma Arabidopsis criada.

As plantas não queriam florescer. As sementes germinaram, mas, por exemplo, a orquídea não floresceu no espaço. Os cientistas precisavam ajudar as plantas a lidar com a falta de peso. Isso foi feito, entre outras coisas, com a ajuda da estimulação elétrica da zona radicular: os cientistas acreditavam que o campo eletromagnético da Terra pode afetar o crescimento. Outro método envolveu o plano descrito por Tsiolkovsky para criar gravidade artificial - as plantas foram cultivadas em uma centrífuga. A centrífuga ajudou - os brotos foram orientados ao longo do vetor de força centrífuga. Finalmente, os astronautas conseguiram o que queriam. Arabidopsis floresceu no "Bloco de Luz".

À esquerda na imagem abaixo está o conservatório Fiton a bordo do Salute-7. Pela primeira vez nesta estufa orbital, o Rezukhovidka Tal (Arabidopsis) passou por um ciclo completo de desenvolvimento e deu sementes. No meio está o Sveoblok, no qual Arabidopsis floresceu pela primeira vez a bordo do Salute-6. À direita está a estufa a bordo Oasis-1A na estação Salyut-7: era equipada com um sistema de irrigação semi-automático doseado, aeração e estimulação elétrica das raízes e podia mover vasos de vegetação com plantas em relação à fonte de luz.


Fiton, Sveoblok e Oasis-1


A. Configuração de trapézio para estudar o crescimento e desenvolvimento das plantas. Source


Seed kits Registro de


vôo da estação Salyut-7, esboços de Svetlana Savitskaya

Na estação Mir, foi instalada a primeira estufa automática do mundo, Svet. Os cosmonautas russos realizaram seis experimentos nessa estufa nos anos 1990-2000. Eles cultivaram saladas, rabanetes e trigo. Em 1996-1997, o Instituto de Problemas Biomédicos da Academia Russa de Ciências planejava cultivar sementes de plantas obtidas no espaço - isto é, trabalhar com duas gerações de plantas. Para o experimento, escolhemos um híbrido de repolho selvagem com cerca de vinte centímetros de altura. A planta tinha um menos - os astronautas tinham que lidar com a polinização.

O resultado foi interessante - as sementes da segunda geração no espaço recebido, e elas até brotaram. Mas as plantas cresceram para seis centímetros em vez de vinte e cinco. Margarita Levinsky, pesquisadora do Instituto de Problemas Biomédicos da Academia Russa de Ciências, contaque o trabalho de jóias na polinização das plantas foi realizado pelo astronauta americano Michael Fossum.


Vídeo Roskosmos sobre o cultivo de plantas no espaço. Às 4:38 - fábricas na estação Mir.





Em abril de 2014, o cargueiro Dragon SpaceX entregou uma planta de crescimento verde Veggie à Estação Espacial Internacional e, em março, os astronautas começaram a testar a plantação orbital. A unidade controla a ingestão de luz e nutrientes. Em agosto de 2015, verduras frescas cultivadas em condições de microgravidade foram incluídas no menu de astronautas .




Alface cultivada na Estação Espacial Internacional


Para que a plantação na estação espacial possa parecer no futuro.No

segmento russo da Estação Espacial Internacional, a estufa Lada opera para o experimento Plants-2 . No final de 2016 ou no início de 2017, a versão Lada-2 aparecerá a bordo. O Instituto de Problemas Biomédicos da Academia Russa de Ciências está trabalhando nesses projetos.





A produção de culturas espaciais não se limita a experimentos com gravidade zero. Para colonizar outros planetas, uma pessoa terá que desenvolver a agricultura no solo, que difere da terra, e em uma atmosfera com uma composição diferente. Em 2014, o biólogo Michael Mautner levantouaspargos com batatas em solo de meteorito. Para se adaptar ao cultivo do solo, o meteorito foi moído em pó. Por experiência, ele conseguiu provar que bactérias, fungos microscópicos e plantas podem crescer em solos de origem extraterrestre. O material da maioria dos asteróides contém fosfatos, nitratos e, às vezes, água.


Espargos cultivados em solo de meteorito

No caso de Marte, onde há muita areia e poeira, não é necessário triturar a rocha. Mas outro problema surge - a composição do solo. No solo de Marte, existem metais pesados, cuja quantidade aumentada nas plantas é perigosa para os seres humanos. Cientistas da Holanda imitaram o solo marciano e, desde 2013, cultivam dez culturas de várias espécies de plantas.

Como resultado do experimento, os cientistas descobriram que o conteúdo de metais pesados ​​em ervilhas, rabanetes, centeio e tomate cultivados em solo marciano simulado não é perigoso para os seres humanos. Os cientistas continuam a explorar batatas e outras culturas.


O pesquisador Wagerink inspeciona plantas cultivadas em solo marciano simulado. Foto: Joep Frissel / AFP / Getty Images


Conteúdo metálico em uma colheita colhida na Terra e no solo Simulações da lua e de Marte

Uma das tarefas importantes é criar um ciclo fechado de suporte à vida. As plantas recebem dióxido de carbono e resíduos da tripulação, fornecem oxigênio em troca e produzem alimentos. Cientistas verificadosa possibilidade de usar clorela de algas unicelulares nos alimentos, contendo 45% de proteína e 20% de gordura e carboidratos cada. Mas isso, em teoria, alimentos nutritivos não são absorvidos pelos seres humanos devido à densa parede celular. Existem maneiras de resolver esse problema. As paredes celulares podem ser clivadas por métodos tecnológicos usando tratamento térmico, retificação fina ou outros métodos. Você pode levar enzimas especialmente projetadas para a clorela que os astronautas levarão com a comida. Os cientistas também podem trazer a OGM-chlorella, cuja parede pode ser dividida pelas enzimas humanas. Eles não lidam com a chlorella para nutrição no espaço, mas a usam em ecossistemas fechados para produzir oxigênio.

Uma experiência com chlorella foi realizada a bordo da estação orbital Salyut-6. Na década de 1970, ainda se acreditava que estar em microgravidade não afetava adversamente o corpo humano - havia pouca informação. Eles também tentaram estudar o efeito nos organismos vivos com a ajuda da chlorella, cujo ciclo de vida dura apenas quatro horas. Era conveniente comparar com a clorela cultivada na Terra.


Fonte


O dispositivo IFS-2 foi destinado ao cultivo de cogumelos, culturas de tecidos e microorganismos e animais aquáticos. Fonte

Desde os anos 70, foram realizadas experiências em sistemas fechados na URSS. Em 1972, o trabalho do "BIOS-3" começou - este sistema ainda está em vigor. O complexo está equipado com câmeras para o cultivo de plantas em condições artificiais regulamentadas - fitotrons. Cultivavam trigo, soja, salada de chufu, cenoura, rabanete, beterraba, batata, pepino, azeda, repolho, endro e cebola. Os cientistas conseguiram atingir um ciclo fechado de quase 100% em água e ar e até 50-80% em nutrição. Os principais objetivos do Centro Internacional para Sistemas Ecológicos Fechados são estudar os princípios de funcionamento desses sistemas com graus variados de complexidade e desenvolver as bases científicas para sua criação.

Um dos experimentos de alto nível que simulam um voo para Marte e o retorno à Terra foi o "Mars-500". Durante 519 dias, seis voluntários estavam em um complexo fechado. O experimento foi organizado por Rokosmos e pela Academia Russa de Ciências, e a Agência Espacial Européia se tornou parceira. No “bordo do navio” havia duas estufas - em uma cultivada uma salada, na outra - ervilhas. Nesse caso, o objetivo não era cultivar plantas próximas às condições do espaço, mas descobrir como as plantas são importantes para a equipe. Portanto, as portas da estufa foram seladas com uma película opaca e foi instalado um sensor que fixa cada abertura. Na foto à esquerda, Marina Tugusheva, membro da tripulação do Mars-500, trabalha com estufas como parte do experimento.

Outro experimento a bordo do Mars 500 é o GreenHouse. No vídeo abaixo, o membro da expedição Alexei Sitnev fala sobre o experimento e mostra uma estufa com várias plantas.



O homem terá muitas chances de morrer em Marte . Ele corre o risco de cair ao pousar, congelar na superfície ou simplesmente não voar. E, claro, morra de fome. A produção agrícola é necessária para a formação de uma colônia, e cientistas e astronautas estão trabalhando nessa direção, mostrando exemplos bem-sucedidos do cultivo de algumas espécies, não apenas em microgravidade, mas também no solo simulado de Marte e da Lua. Os colonos espaciais definitivamente terão a oportunidade de repetir o sucesso de Mark Watney .

Source: https://habr.com/ru/post/pt395689/