1 2 3 4
 
  • Почему не тянет двигатель ВАЗ 2114?
    Список возможных причин
  • Почему не работает панель приборов ВАЗ 2114?
    Массовая проблема нашего автопрома
  • Подбираем размер дисков на ВАЗ 2114. Что нужно учитывать при выборе?
  • Что делать, если руль бьет на малой скорости или при торможении?

Космонавтика. Оранжерея лада


В российской оранжерее на МКС решили выращивать перец - Наука, Космос

С этого года на борту космической станции запланирован эксперимент «Растения»

21 января 2016 в 19:25, просмотров: 6107

Сладкий перец под названием «Тритон» намерены отправить на орбиту в обновленной оранжерее «Лада-2» российские ученые из Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН).

фото: Михаил Ковалев

Как сообщили «МК» в ИМБП РАН, российская полностью автоматическая оранжерея (в отличие от американской, которая управляется вручную) является последним словом в космическом оранжерейном деле. Она претерпела уже не одну модернизацию и скоро, после необходимых испытаний, на станции снова появится обновленный вариант «Лады» - «Лада-2». У нее два новшества. Во-первых, все лампы заменены на светодиодные. По сравнению с люминесцентным освещением этот вариант более безопасен и экономичен. К тому же со светодиодной системой, которая позволяет более гибко подходить к варьированию спектра освещения, можно быстрее подбирать разные световые решения в зависимости от вида растения. К примеру, уже доказано, что добавление к белому цвету красного и синего спектра повышает эффективность освещения, в результате чего растение развивается лучше.

Во-вторых, специалисты ИМБП поменяли устаревший блок управления оранжереей. Если прежний располагался отдельно от устройства, то новый будет встроен в оранжерею, что сэкономит место в жилом отсеке МКС.

Что касается выбора будущего растения для «Лады-2», на этот раз (после проведения 17 экспериментов на МКС с растениями гороха, пшеницы, ячменя, редиса и салатных культур), по словам ученого секретаря института Маргариты Левинских, космические ботаники решили остановиться на сладком перце сорта «Тритон». Это одно из тех растений, которое диетологи рекомендуют для системы жизнеобеспечения в космосе, как богатое витамином С и рядом других полезных для организма веществ.

Что же касается декоративных цветов, по этому поводу у наших ученых также есть интересные решения. В частности, они считают, что для таких растений больше подойдет другой вид оранжереи, с витражом, большего размера.

Справка «МК». По данным Роскосмоса, первые исследования о влиянии микрогравитации на растения проводились еще в 1960 году – на космическом корабле вместе с собаками Белкой и Стрелкой были семена некоторых сельскохозяйственных и декоративных растений. Присутствие на космическом корабле человека вывело исследования на новый качественный уровень. Эксперименты с высшими растениями проводились на борту всех отечественных орбитальных станций. Уже в 1979 году на станции «Салют-6» появились первые «космические» цветы – за 30 суток ростки из луковиц тюльпанов выросли до 50 см и достигли стадии бутонизации. Наиболее интенсивно исследования роста и развития высших растений в условиях космического полета проводились на борту орбитального комплекса «Мир», где была создана первая в мире автоматическая оранжерея «Свет» (ранее оранжереи серий «Малахит», «Лютик», «Оазис», «Фитон» и др. не были автоматическими). Оранжерея «Свет» создавалась по программе Интеркосмос вместе с учеными из Болгарии. С 1990 по 2000 гг. российские космонавты провели 6 экспериментов по выращиванию салата и других салатных культур, а также редиса и пшеницы.

Этот опыт позволил ученым ИМБП РАН в кратчайшие сроки разработать и создать оранжерею «Лада» для экспериментов с высшими растениями на борту российского сегмента МКС.

www.mk.ru

Зеленая, зеленая трава | Политех (Политехнический музей)

На борту Международной космической станции вот уже несколько лет функционирует мини-оранжерея «Лада», созданная совместными усилиями специалистов NASA и Института медико-биологических проблем РАН. Сегодня «Лада» переживает модернизацию и вновь начнет работать в 2015 году. За последние годы космонавтам удалось вырастить здесь японскую карликовую салатную капусту «Мизуна» и суперкарликовую пшеницу, которую, кстати, они посадили «контрабандой». Россиянин Максим Сураев нашел на станции зерна, которые остались после одной из экспедиций, и решил посадить их вместе с капустой. Ученые с Земли просили Максима «повыдергать» пшеницу, но космонавт пожалел растение, и не зря: через несколько месяцев оно дало крупные здоровые колосья. Зерна с орбиты позже были отправлены на Землю для исследований, а вот капусту космонавтам довелось сперва попробовать в свежем виде, прямо на МКС. Увы, «Мизуна» оказалась безвкусной.

Роскосмос

Кроме капусты и карликовой пшеницы, на орбитальных станциях в разные годы успешно выращивали редис, горох, ячмень и цветы. Все растения ученые позже исследовали на Земле и пришли к выводу, что генетических мутаций в них не наблюдается, а плоды даже через четыре поколения не мельчают и не теряют в качестве.

Как только «Лада» на МКС опять начнет работать, в ней попытаются вырастить рис, томаты и сладкий перец (все — карликовое). Эти растения также пройдут тесты, и если они окажутся успешными, новые орбитальные овощи и злаки пополнят список того, что человек сможет в будущем взять с собой в экспедицию на Марс, чтобы не заболеть по пути от тоски, авитаминоза и недостатка клетчатки.

Оранжерея «Лада» занимает очень мало места (на МКС вообще живут в тесноте) и с виду напоминает миниатюрную светящуюся сцену, на которой «выступают» ростки. В этом орбитальном огороде нет ни грамма натуральной земли, поскольку в ней содержится слишком много бактерий, многие из которых потенциально опасны для человека в условиях замкнутого, со всех сторон окруженного вакуумом островка жизни. Роль почвы в «Ладе» выполняет стерильный гранулированный субстрат под названием «тур-фейс» — обожженная глина (арцелит) с диаметром частиц не больше 3 мм. Она хорошо держит корни и позволяет распределить капиллярную воду и минеральные вещества в специальной зоне питательного раствора. Кстати, обычные удобрения на МКС не используют: вместо них в дело идут таблетки «Осмокот». Поливают орбитальный огород тоже не из лейки: ведь в таком случае невесомая вода разлетится по всей станции. Систему полива автоматически доставляет воду прямо к корням растений и контролируется компьютером.

Чтобы «Лада» работала исправно, к корневой системе и стеблям в ней подведены датчики, которые непрерывно измеряют температуру, влажность, содержание кислорода в грунте, скорость движения питательного раствора и другие показатели. Свет растениям дают люминесцентные лампы, которые впрочем, в ближайшем будущем ученые планируют заменить на светодиоды. Ведь при повреждении такие лампы выделают пары ртути, опасные для людей.

Мини-оранжерея «Лада» NASA

«Лада» позволяет запрограммировать фотосъемку растений каждые 20 минут. У космонавтов обязанности садоводов отнимают всего пять минут в день, а вот любоваться развитием колосьев, завязей и бутонов можно когда угодно. Сегодня мы знаем, что работа с растенями во время длительного пребывания в замкнутом пространстве благотворно сказывается на всех аспектах человеческой жизни. Трое участников наземного эксперимента «ЭКО-ПСИ», который в 1995 году проходил в Институте медико-биологических проблем РАН (ИМБП) отмечали, что за три месяца, которые они провели в герметичной камере, именно работа в оранжерее сблизила их больше всего. Один из испытателей назвал этот опыт самым значимым за все время эксперимента и сказал, что «в полной мере ощущал свою активность и получал моральное удовлетворение от сделанного». «Очень важен фактор наблюдаемости результатов своего труда», — заметил он. Другой член экипажа сказал: «Вырастить урожай стало для нас, пожалуй, главной целью». А командир «полета» написал, что забота о растениях хорошо сказалась на эмоциональном состоянии людей. «Это частичка живой природы, которая согревала душу, радовала глаз, создавала хорошее настроение, психологически разгружала», — отметил капитан.

polymus.ru

Битва за "космический урожай" - Московский Планетарий

Российская космическая оранжерея "Лада" на борту МКС получит новую жизнь. Специалисты заменят устаревшие люминесцентные лампы, содержащие опасную ртуть, на современные энергосберегающие светодиоды.

На модернизацию "Лады" ни Роскосмос, ни НАСА не потратят ни копейки. Проект осуществляется на внебюджетные средства Института медико-биологических проблем РАН и американского Университета штата Юта.

Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни посещал оранжерею и любовался диковинными растениями в огромном здании со стеклянной крышей и стенами. Увы, в условиях ограниченного пространства "космического дома" такое невозможно. И дело даже не в нехватке площадей. Краеугольный камень: дефицит энергетических мощностей, считает заведующий лабораторией систем жизнеобеспечения человека Института медико-биологических проблем РАН, доктор биологических наук Владимир Сычев:

"Только начиналось строительство МКС, и нам специалисты Ракетно-космической корпорации "Энергия" выделили всего 60 Вт электроэнергии. 60 Вт – это очень мало. И, соответственно, нам пришлось значительно уменьшить габариты оранжереи. Она значительно меньше, чем, допустим, была оранжерея "Свет" на станции "Мир". Если брать площадь, на которой производится посев растений, то это две сотые квадратного метра. Чтобы было понятно: там можно посадить шесть растений гороха, шесть-восемь растений пшеницы и 6-8 растений салата. Оранжерея "Лада" маленькая, и там, соответственно, можно использовать карликовые сорта растений. Эта просто необходимость - большие растения в ней не уместятся".

По словам ученого, оранжерея "Лада" кардинальным образом отличается от "земного аналога". Основа установки - автоматическая система освещения, полива и ухода за растениями. Мини-грядка оснащена газоанализатором и другими научными приборами, отслеживающими рост и развитие растений. Кроме этого, используется видеокамера для съемки процесса вегетации. Но, несмотря на свои миниатюрные размеры, без "Лады" в космосе не обойтись, особенно в длительных полетах к другим планетам, считает Владимир Сычев:

"Мы выращиваем эти растения для того, чтобы космонавты могли их есть. И нам было очень важно получить информацию о том, происходят ли изменения вкусовых и потребительских качеств у растений, которые могут быть на столе у космонавтов. В том числе проверяли и на безопасность микробиологическую. Потому что, покупая овощи на земле, мы их моем, а на станции это сделать сложно. Поэтому было важно понять, насколько в самих растениях развиваются микроорганизмы. Мы проводили эти исследования путем заморозки растений на борту и уже замороженными спускали на землю и направляли в лабораторию".

Пока эксперименты проходят успешно. Никаких генетических изменений с растениями не происходит. В условиях невесомости уже были выращены и несколько видов салатов, и "усатый" горох, а недавно снят урожай пшеницы сорта "Суперкарлик". На повестке дня – выращивание других культур, в том числе прихотливых томатов.

Однако для полноценных экспериментальных исследований необходимы другие, более мощные, безопасные и эффективные светильники. Лампы дневного света безнадежно устарели, да и срок их службы недостаточен. Но и современные светодиоды тоже несовершенны, ученым придется поломать голову над тем, чтобы растения росли здоровыми и крепкими, как при естественном свете:

"Для использования в герметичном объекте красный свет не очень хорош, потому что растения приобретают такой вот специфический цвет. И нет ощущения того, что вы видите живой организм. Мы пытаемся найти белые светодиоды. Это не так просто. Пока по всем лампам, которые нам удалось испытать, у нас нет однозначного мнения, какие из них лучше. Мы не можем найти светодиоды, которые были бы универсальны для разного вида растений. Так что ищем".

На поиски оптимального варианта светодиодных светильников осталось не так уж много времени. По планам, усовершенствованная мини-оранжерея "Лада" на светодиодах должна появиться на борту МКС в 2013 году.

По материалам РГРК "Голос России"

mosplanetarium.livejournal.com

ОРАНЖЕРЕИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

ОРАНЖЕРЕИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ

Работы по созданию биологических систем жизнеобеспечения человека в экстремальных условиях начали в нашей стране в середине XX в. А за последние два десятилетия усилия ученых сосредоточились на исследовании их отдельных звеньев в условиях космического полета. Например, высших растений, возделывание которых в специальных оранжереях не только приносит "живые" витамины, но и способствует улучшению микроклимата на станции, помогает психологической разрядке людей. Интерес к использованию различных биосферных механизмов для обеспечения жизни на космических станциях проявляют и иностранные ученые. По мнению российских специалистов, прогресса в этой сфере сегодня можно достигнуть только в рамках международного сотрудничества.

Если вчера полет человека на Марс казался фантастикой, то сегодня ученые начали подготовку к этой экспедиции. Так, в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН намерены проанализировать особенности психологического и физиологического состояния людей в ходе эксперимента, имитирующего длительное путешествие. Для этого экипаж из 5 - 6 человек будет помешен на 1,5 года в герметичную камеру объемом 200 м, оснащенную как орбитальная станция.

На современном космическом корабле или станции, работающей на околоземной орбите, жизнеобеспечение крайне редуцировано: люди живут в ограниченном объеме, где снабжение кислоро

Если вчера полет человека на Марс казался фантастикой, то сегодня ученые начали подготовку к этой экспедиции. Так, в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН намерены проанализировать особенности психологического и физиологического состояния людей в ходе эксперимента, имитирующего длительное путешествие. Для этого экипаж из 5 - 6 человек будет помешен на 1,5 года в герметичную камеру объемом 200 м, оснащенную как орбитальная станция.

ф На современном космическом корабле или станции, работающей на околоземной орбите, жизнеобеспечение крайне редуцировано: люди живут в ограниченном объеме, где снабжение кислородом осуществляется за счет его запасов или электролиза воды в специальном аппарате, а удаление углекислоты и вредных примесей происходит в системах поглощения. Запасы пищи и воды для космонавтов регулярно возобновляют при помощи грузовых кораблей. Что вполне эффективно. Но подмечено: люди в отсутствии гравитации, в замкнутом пространстве, наполненном механизмами, создающими повышенный шумовой фон, неизбежно испытывают определенный стресс. И тогда прекрасным отдыхом становятся занятия с оранжереей. Это отмечают все, кто участвовал в экспериментах с растениями на борту орбитальной станции "Мир" и Международной космической станции (МКС), а также испытатели в длительных наземных опытах.

В 1995 г. во время эксперимента "ЭКО-ПСИ", проходившем в ИМБП, экипаж из трех человек на протяжении трех месяцев жил в герметичной камере, и там же находилась оранжерея с пшеницей. У всех испытателей наблюдалась большая увлеченность работой с растениями. Отвечая на вопросы специальной анкеты, командир группы отметил, что занятия с оранжереей были точкой соприкосновения интересов различных по характеру людей. Он назвал этот опыт одним из наиболее значимых в программе "ЭКО-ПСИ", "при работе с которым в полной мере ощущаешь свою активность, получаешь моральное удовлетворение от сделанного тобою. Очень важен фактор наблюдаемости результатов своего труда!". Другой член экипажа написал: "вырастить урожай стало для нас пожалуй, главной целью". Кроме того, командир отметил благотворное влияние занятий с растениями на эмоциональное состояние: "это - частичка живой природы, которая согревала душу, радовала глаз, создавала хорошее настроение, психологически разгружала...".

Правда, на протяжении последних 45 лет космические путешествия в основном совершали без оранжерей. Однако тогда речь шла о непродолжительных полетах на околоземной орбите. Подготовка же к Марсу заставляет пересмотреть многие каноны. Например, не следует забывать, что возможности возобновлять запасы на межпланетном корабле будут утрачены. Между тем в растениях содержатся витамины (прежде всего С и А), и очень полезно добавлять в пищу свежую растительную клетчатку - в кишечнике она создает конгломераты, помогающие выводить токсины из организма.

Изучение использования растений для жизнеобеспечения человека в космических аппаратах начали в 50-х гг. XX в. в Советском Союзе. Тогда специалисты пытались решить глобальную задачу по созданию комплексных систем, в которых биологические механизмы играли бы решающую роль. Принцип их работы еще в 1918 г. сформулировал Константин Циолковский, впервые обосновавший возможность применения ракет для межпланетных сообщений: "Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера. Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения". В качестве автотрофного звена подобных биосистем современные ученые выбирали одноклеточные водоросли или высшие растения. А антагонистом выступали гетеротрофы - рыбы, птицы и, наконец, человек. Поначалу требовалось научиться культивировать эти организмы в искусственных условиях с максимальной продуктивностью. Многочисленные опыты с водорослями провели специалисты ИМБП и Института физиологии растений им. И. П. Павлова АН СССР (ныне РАН). Высшими растениями занимались сотрудники Института биофизики СО РАН, создавшие хорошую научную и техническую базу (в настоящее время ее модернизируют).

По свидетельству руководителя лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП. доктора биологических наук Владимира Сычева, все эти организации добивались успеха при испытаниях различных систем "Человек - растения": "У нас в основном проводили опыты с одноклеточными водорослями, а в Институте биофизики - с высшими. Методические основы, принципы создания биосистемы жизнеобеспечения (БСЖО) были разработаны в нашей стране, показано многообразие ее функций и доказано, что человек может существовать в ней длительное время. Дальнейшие разработки БСЖО предстояло вести под конкретные объекты с определенными габаритами, энерговооруженностью, количеством пребывающих людей, заданной длительностью их изоляции. К такой работе мы были готовы, но государственный заказ не поступил. Поэтому эксперименты по биосистемам жизнеобеспечения в 1983 г. завершились".

Принцип очистки атмосферы в современной космической станции основан на адсорбции газов специальными материалами, не способными задерживать низкомолекулярные углеводороды. Следовательно, нужны иные системы очистки воздуха - и эта проблема пока не решена. Вот почему, по мнению сотрудников ИМБП, в преддверие подготовки к длительным межпланетным полетам хорошо бы вспомнить об упомянутых выше опытах с водорослями, неоднократно проводимыми здесь в научно-экспериментальном корпусе с участием человека.

Тогда испытатель жил в камере объемом 5м, получая стандартный рацион питания. Воду, которую он пил, регенерировали водоросли из конденсата мочи. "Водоросли не только снабжали человека кислородом, полностью регенерировали воду, но и очищали атмосферу от большинства вредных примесей и условно патогенных микроорганизмов", - говорит ведущий научный сотрудник ИМБП. доктор биологических наук Маргарита Ленинских. Модель подобного реактора для регенерации воды и воздуха, к сожалению, так и не испытана в космосе. Одна из причин состоит в том, что установка требует довольно больших энергетических затрат, а нужно дополнительное изучение проблемы разделения жидкости и газа в условиях невесомости. Однако это не означает, что пора окончательно прекратить поиск возможностей реализации так называемого "водорослевого реактора" на борту обитаемых космических объектов. Например, в США сегодня такие изыскания возобновляют.

Отечественные ученые и в космосе осуществляли успешные испытания с теми же водорослями в качестве гетеротрофной культуры, содержавшейся без света и получавшей питание из среды с добавлением крахмала и глюкозы. Проводили также опыты с водорослями как элементом автотрофной культуры. Особенно показателен эксперимент "Аквариум", проведенный в 1987 и 1989 гг. на биоспутниках. Водоросли помещали в освещенный герметичный 3-литровый аквариум с шестью рыбками - самками гуппи. Две трети объема заполняли водой, над ее поверхностью присутствовал воздух (1 л). На протяжении 18-ти суток (14 из них - в состоянии невесомости) особи дышали в этой полностью замкнутой системе только за счет кислорода, выделяемого водорослями. Разумеется, заранее было рассчитано, сколько их потребуется, чтобы обеспечить кислородом этих рыбок, выдыхающих определенный объем углекислого газа. Кроме того, ввели лимитирующий фактор для ограничения роста водорослей.

Однако более счастливая судьба оказалась у космических оранжерей. В первые годы внеземных полетов многие ученые считали: высшие растения вряд ли смогут существовать и развиваться нормально в таких условиях. И первые результаты соответствующих проверок как бы подтверждали данное предположение. Хотя, увы, серьезные комплексные работы в то время не проводили. Да и аппаратура была крайне несовершенной.

Если в первых опытах с высшими растениями требовалось определить, могут ли они развиваться в отсутствии гравитации, то в дальнейшем встали более сложные задачи - исследовать возможность участия некоторых из них в биологических системах жизнеобеспечения, обеспечить их высокую продуктивность, изучить влияние космических условий на генетические особенности. Лишь внедрение в 1996 г. первой нашей автоматической оранжереи "Свет" на борту орбитальной станции "Мир" позволило получить достоверные результаты. В период с 1996 по 1999 г. было доказано: основные биологические характеристики растений в цикле развития от семени до семени не претерпевают изменений в условиях невесомости. "Возделывали" пшеницу, листовые овощные культуры, а также редис. Космонавты собирали их на определенной стадии развития, фиксировали в специальных растворах, и затем на Земле биологи изучали анатомию и морфологию отобранного материала.

В рамках этой работы сотрудники лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП провели четыре эксперимента по выращиванию пшеницы от посева до получения урожая. "Первые опыты очень нас озадачили - около 300 колосьев и ни одного зерна!" - рассказывает Маргарита Левинских.

Объяснение вскоре было найдено: полученные стерильные растения пшеницы имели укороченный стебель и повышенное ветвление. Такие изменения в морфологии, скорее всего, вызваны воздействием этилена - мощного фитогормона. Он управляет практически всеми физиологическими процессами растения. А ведь этилен на космической станции выделяют синтетические материалы, человек при дыхании, а также грибы, росту которых способствует повышенная влажность в герметичном объеме. Отметим, предельно допустимая концентрация этого газа для человека достаточно высока, поэтому постоянно контролировать его содержание в атмосфере станции не было необходимости.

Предположение о воздействии на растения пшеницы избыточного количества именно экзогенного этилена подтвердилось, когда американские специалисты, участвовавшие в опытах, отобрали пробы воздуха в большие емкости, которые переправили на Землю и проанализировали. И для следующих экспериментов взяли сорт карликовой пшеницы "Апогей", устойчивый к воздействию этилена.

Если оценить потребность людей в углеводах, жирах и белках растительного происхождения и подсчитать, из каких фруктов, овощей, круп рациональнее всего их получать в условиях космического полета, то из всего набора известных растений можно выбрать несколько видов, оптимально соответствующих этой задаче. Сейчас известно: возделывая лишь восемь из них на площади 20 м2 , человек может полноценно питаться, но в этом наборе непременно нужна пшеница.

Для растений очень важно, в чем развивается их корневая система, и субстрат подбирали долго. Ведь в космическую оранжерею нельзя поместить натуральную почву хотя бы потому, что она содержит огромное количество микроорганизмов, в том числе условно-патогенных. А в данном случае субстрат должен быть стерильным и иметь пористые частицы, способные удерживать капиллярную воду. Испытывали ионообменные смолы, цеолиты, волокнистые, тканевые материалы, однако остановились на гранулированном субстрате с торговым названием "тур-фейс". Это - арцелит (обожженная глина) с размерами частиц не более 3 мм. Для создания в прикорневой зоне питательного раствора добавляют таблетированное удобрение "осмокот", поливают автоматически с помощью специальной системы.

В полностью автоматизированной оранжерее "Лада" (начиная с 2002 г. ее используют для экспериментов на МКС) показатели температуры, влажности корнеобитаемого слоя, содержания в нем кислорода, движения питательного раствора и прочие характеристики непрерывно контролируют размешенные в субстрате датчики, и обрабатывает компьютер. Вода каждый раз подается насосом строго в тех дозах, которые необходимы растениям согласно показаниям датчиков - иначе в корневом модуле (емкости, куда высаживают растения) начнется переувлажнение, пагубное для растений. Освещение в оранжерее создают люминесцентные лампы. Правда, при повреждении они выделяют пары ртути, опасные для людей. Вот почему в качестве альтернативы рассматриваются светодиоды, обладающие монохроматическим светом. Испытания проводит ведущий научный сотрудник лаборатории биологических систем жизнеобеспечения человека ИМБП, кандидат технических наук Игорь Подольский.

В современных космических исследованиях российские ученые стремятся научиться выращивать растения так, чтобы они были частью той среды, в которой обитает человек, так как это позволит улучшить микроклимат на орбитальной станции. Температура в корневом модуле оранжереи та же, что и в помещении станции. Можно запрограммировать фотографическую съемку растений каждые 20 мин. У космонавтов работа с оранжереей занимает не более 5 мин вдень. Зато любоваться развитием жизни можно в любое время.

На МКС к настоящему моменту проведено 8 экспериментов. В основном выращивали генетически маркированные линии гороха. Специалисты установили: характеристики роста и развития этого растения в течение полного цикла онтогенеза ("от семени до семени") не изменяются по сравнению с наземным контрольным вариантом. Кроме того, оказалось, что горох при культивировании четырех последовательных поколений в условиях космического полета сохраняет репродуктивные функции и формирует при этом жизнеспособные семена. Для генетического анализа растений, выращенных из "космических" и "земных" семян первого-четвертого последовательных поколений, прибегали к методу учета хромосомных аберраций, а также методу молекулярных маркеров (Random Amplified Polymorphic DNA). Работы проводили на кафедре генетики и селекции биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. В результате в обоих вариантах полиморфизм у растений не выявили. Это позволило предположить, что их генетический аппарат не претерпевает изменений при выращивании нескольких последовательных генераций в условиях космического полета.

На МКС развернут постоянный микробиологический контроль. "По результатам двух экспедиций, в ходе которых был проанализирован качественный и количественный состав микрофлоры с листьев растений из оранжереи, можно утверждать, - говорит Маргарита Левинских, - что она такая же, что и во всей среде станции, и не может вызвать патогенные изменения у человека. Когда соберется большой массив данных по микробиологии, мы сможем сравнить полученные показатели с действующими гигиеническими нормативами".

Возможно, возникнет необходимость помыть выращенные зелень и овощи. Но тут испытатели столкнутся с некоторыми техническими сложностями: в условиях полета нанести воду на поверхность проще, чем потом ее удалить. Пока же космонавты и на "Мире", и на МКС дегустировали немытую зелень и пришли от нее в восторг.

Словом, ныне ученым удалось доказать, что при длительных полетах растения могут стать частью системы жизнеобеспечения экипажа, улучшить среду его обитания.

Так, в нашей стране соответствующие исследования, начиная с 70-х годов XX в. и по настоящее время, ведут специалисты из разных институтов и университетов. Многое сделано и в рамках международного сотрудничества (программы "Интеркосмос" и "Мир-НАСА", договоры о научно-техническом сотрудничестве, гранты). Например, совместно с чешскими учеными на борту орбитальной станции "Салют" проведены опыты с одноклеточными водорослями. В сотрудничестве с болгарскими учеными была создана оранжерея "Свет", используя которую исследования проводили ученые из США и Европы на борту орбитального комплекса "Мир". Совместно с американскими специалистами Лаборатории космической динамики Университета штата Юта создана оранжерея "Лада" для российского сегмента МКС. И совершенно справедливо считает Владимир Сычев: "Космические исследования должны проводиться в рамках широкой кооперации ученых как внутри страны, так и за рубежом. Такие эксперименты дороги и уникальны, и только при широкой кооперации можно получить максимальную научную отдачу".

дом осуществляется за счет его запасов или электролиза воды в специальном аппарате, а удаление углекислоты и вредных примесей происходит в системах поглощения. Запасы пищи и воды для космонавтов регулярно возобновляют при помощи грузовых кораблей. Что вполне эффективно. Но подмечено: люди в отсутствии гравитации, в замкнутом пространстве, наполненном механизмами, создающими повышенный шумовой фон, неизбежно испытывают определенный стресс. И тогда прекрасным отдыхом становятся занятия с оранжереей. Это отмечают все, кто участвовал в экспериментах с растениями на борту орбитальной станции "Мир" и Международной космической станции (МКС), а также испытатели в длительных наземных опытах.

 

В 1995 г. во время эксперимента "ЭКО-ПСИ", проходившем в ИМБП, экипаж из трех человек на протяжении трех месяцев жил в герметичной камере, и там же находилась оранжерея с пшеницей. У всех испытателей наблюдалась большая увлеченность работой с растениями. Отвечая на вопросы специальной анкеты, командир группы отметил, что занятия с оранжереей были точкой соприкосновения интересов различных по характеру людей. Он назвал этот опыт одним из наиболее значимых в программе "ЭКО-ПСИ", "при работе с которым в полной мере ощущаешь свою активность, получаешь моральное удовлетворение от сделанного тобою. Очень важен фактор наблюдаемости результатов своего труда!". Другой член экипажа написал: "вырастить урожай стало для нас пожалуй, главной целью". Кроме того, командир отметил благотворное влияние занятий с растениями на эмоциональное состояние: "это - частичка живой природы, которая согревала душу, радовала глаз, создавала хорошее настроение, психологически разгружала...".

Правда, на протяжении последних 45 лет космические путешествия в основном совершали без оранжерей. Однако тогда речь шла о непродолжительных полетах на околоземной орбите. Подготовка же к Марсу заставляет пересмотреть многие каноны. Например, не следует забывать, что возможности возобновлять запасы на межпланетном корабле будут утрачены. Между тем в растениях содержатся витамины (прежде всего С и А), и очень полезно добавлять в пищу свежую растительную клетчатку - в кишечнике она создает конгломераты, помогающие выводить токсины из организма.

Изучение использования растений для жизнеобеспечения человека в космических аппаратах начали в 50-х гг. XX в. в Советском Союзе. Тогда специалисты пытались решить глобальную задачу по созданию комплексных систем, в которых биологические механизмы играли бы решающую роль. Принцип их работы еще в 1918 г. сформулировал Константин Циолковский, впервые обосновавший возможность применения ракет для межпланетных сообщений: "Как земная атмосфера очищается растениями при помощи Солнца, так может возобновляться и наша искусственная атмосфера. Как на Земле растения своими листьями и корнями поглощают нечистоты и дают взамен пищу, так могут непрерывно работать для нас и захваченные нами в путешествие растения". В качестве автотрофного звена подобных биосистем современные ученые выбирали одноклеточные водоросли или высшие растения. А антагонистом выступали гетеротрофы - рыбы, птицы и, наконец, человек. Поначалу требовалось научиться культивировать эти организмы в искусственных условиях с максимальной продуктивностью. Многочисленные опыты с водорослями провели специалисты ИМБП и Института физиологии растений им. И. П. Павлова АН СССР (ныне РАН). Высшими растениями занимались сотрудники Института биофизики СО РАН, создавшие хорошую научную и техническую базу (в настоящее время ее модернизируют).

По свидетельству руководителя лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП. доктора биологических наук Владимира Сычева, все эти организации добивались успеха при испытаниях различных систем "Человек - растения": "У нас в основном проводили опыты с одноклеточными водорослями, а в Институте биофизики - с высшими. Методические основы, принципы создания биосистемы жизнеобеспечения (БСЖО) были разработаны в нашей стране, показано многообразие ее функций и доказано, что человек может существовать в ней длительное время. Дальнейшие разработки БСЖО предстояло вести под конкретные объекты с определенными габаритами, энерговооруженностью, количеством пребывающих людей, заданной длительностью их изоляции. К такой работе мы были готовы, но государственный заказ не поступил. Поэтому эксперименты по биосистемам жизнеобеспечения в 1983 г. завершились".

Принцип очистки атмосферы в современной космической станции основан на адсорбции газов специальными материалами, не способными задерживать низкомолекулярные углеводороды. Следовательно, нужны иные системы очистки воздуха - и эта проблема пока не решена. Вот почему, по мнению сотрудников ИМБП, в преддверие подготовки к длительным межпланетным полетам хорошо бы вспомнить об упомянутых выше опытах с водорослями, неоднократно проводимыми здесь в научно-экспериментальном корпусе с участием человека.

Тогда испытатель жил в камере объемом 5м, получая стандартный рацион питания. Воду, которую он пил, регенерировали водоросли из конденсата мочи. "Водоросли не только снабжали человека кислородом, полностью регенерировали воду, но и очищали атмосферу от большинства вредных примесей и условно патогенных микроорганизмов", - говорит ведущий научный сотрудник ИМБП. доктор биологических наук Маргарита Ленинских. Модель подобного реактора для регенерации воды и воздуха, к сожалению, так и не испытана в космосе. Одна из причин состоит в том, что установка требует довольно больших энергетических затрат, а нужно дополнительное изучение проблемы разделения жидкости и газа в условиях невесомости. Однако это не означает, что пора окончательно прекратить поиск возможностей реализации так называемого "водорослевого реактора" на борту обитаемых космических объектов. Например, в США сегодня такие изыскания возобновляют.

Отечественные ученые и в космосе осуществляли успешные испытания с теми же водорослями в качестве гетеротрофной культуры, содержавшейся без света и получавшей питание из среды с добавлением крахмала и глюкозы. Проводили также опыты с водорослями как элементом автотрофной культуры. Особенно показателен эксперимент "Аквариум", проведенный в 1987 и 1989 гг. на биоспутниках. Водоросли помещали в освещенный герметичный 3-литровый аквариум с шестью рыбками - самками гуппи. Две трети объема заполняли водой, над ее поверхностью присутствовал воздух (1 л). На протяжении 18-ти суток (14 из них - в состоянии невесомости) особи дышали в этой полностью замкнутой системе только за счет кислорода, выделяемого водорослями. Разумеется, заранее было рассчитано, сколько их потребуется, чтобы обеспечить кислородом этих рыбок, выдыхающих определенный объем углекислого газа. Кроме того, ввели лимитирующий фактор для ограничения роста водорослей.

Однако более счастливая судьба оказалась у космических оранжерей. В первые годы внеземных полетов многие ученые считали: высшие растения вряд ли смогут существовать и развиваться нормально в таких условиях. И первые результаты соответствующих проверок как бы подтверждали данное предположение. Хотя, увы, серьезные комплексные работы в то время не проводили. Да и аппаратура была крайне несовершенной.

Если в первых опытах с высшими растениями требовалось определить, могут ли они развиваться в отсутствии гравитации, то в дальнейшем встали более сложные задачи - исследовать возможность участия некоторых из них в биологических системах жизнеобеспечения, обеспечить их высокую продуктивность, изучить влияние космических условий на генетические особенности. Лишь внедрение в 1996 г. первой нашей автоматической оранжереи "Свет" на борту орбитальной станции "Мир" позволило получить достоверные результаты. В период с 1996 по 1999 г. было доказано: основные биологические характеристики растений в цикле развития от семени до семени не претерпевают изменений в условиях невесомости. "Возделывали" пшеницу, листовые овощные культуры, а также редис. Космонавты собирали их на определенной стадии развития, фиксировали в специальных растворах, и затем на Земле биологи изучали анатомию и морфологию отобранного материала.

В рамках этой работы сотрудники лаборатории биологических систем жизнеобеспечения ИМБП провели четыре эксперимента по выращиванию пшеницы от посева до получения урожая. "Первые опыты очень нас озадачили - около 300 колосьев и ни одного зерна!" - рассказывает Маргарита Левинских.

Объяснение вскоре было найдено: полученные стерильные растения пшеницы имели укороченный стебель и повышенное ветвление. Такие изменения в морфологии, скорее всего, вызваны воздействием этилена - мощного фитогормона. Он управляет практически всеми физиологическими процессами растения. А ведь этилен на космической станции выделяют синтетические материалы, человек при дыхании, а также грибы, росту которых способствует повышенная влажность в герметичном объеме. Отметим, предельно допустимая концентрация этого газа для человека достаточно высока, поэтому постоянно контролировать его содержание в атмосфере станции не было необходимости.

Предположение о воздействии на растения пшеницы избыточного количества именно экзогенного этилена подтвердилось, когда американские специалисты, участвовавшие в опытах, отобрали пробы воздуха в большие емкости, которые переправили на Землю и проанализировали. И для следующих экспериментов взяли сорт карликовой пшеницы "Апогей", устойчивый к воздействию этилена.

Если оценить потребность людей в углеводах, жирах и белках растительного происхождения и подсчитать, из каких фруктов, овощей, круп рациональнее всего их получать в условиях космического полета, то из всего набора известных растений можно выбрать несколько видов, оптимально соответствующих этой задаче. Сейчас известно: возделывая лишь восемь из них на площади 20 м2 , человек может полноценно питаться, но в этом наборе непременно нужна пшеница.

Для растений очень важно, в чем развивается их корневая система, и субстрат подбирали долго. Ведь в космическую оранжерею нельзя поместить натуральную почву хотя бы потому, что она содержит огромное количество микроорганизмов, в том числе условно-патогенных. А в данном случае субстрат должен быть стерильным и иметь пористые частицы, способные удерживать капиллярную воду. Испытывали ионообменные смолы, цеолиты, волокнистые, тканевые материалы, однако остановились на гранулированном субстрате с торговым названием "тур-фейс". Это - арцелит (обожженная глина) с размерами частиц не более 3 мм. Для создания в прикорневой зоне питательного раствора добавляют таблетированное удобрение "осмокот", поливают автоматически с помощью специальной системы.

В полностью автоматизированной оранжерее "Лада" (начиная с 2002 г. ее используют для экспериментов на МКС) показатели температуры, влажности корнеобитаемого слоя, содержания в нем кислорода, движения питательного раствора и прочие характеристики непрерывно контролируют размешенные в субстрате датчики, и обрабатывает компьютер. Вода каждый раз подается насосом строго в тех дозах, которые необходимы растениям согласно показаниям датчиков - иначе в корневом модуле (емкости, куда высаживают растения) начнется переувлажнение, пагубное для растений. Освещение в оранжерее создают люминесцентные лампы. Правда, при повреждении они выделяют пары ртути, опасные для людей. Вот почему в качестве альтернативы рассматриваются светодиоды, обладающие монохроматическим светом. Испытания проводит ведущий научный сотрудник лаборатории биологических систем жизнеобеспечения человека ИМБП, кандидат технических наук Игорь Подольский.

В современных космических исследованиях российские ученые стремятся научиться выращивать растения так, чтобы они были частью той среды, в которой обитает человек, так как это позволит улучшить микроклимат на орбитальной станции. Температура в корневом модуле оранжереи та же, что и в помещении станции. Можно запрограммировать фотографическую съемку растений каждые 20 мин. У космонавтов работа с оранжереей занимает не более 5 мин вдень. Зато любоваться развитием жизни можно в любое время.

На МКС к настоящему моменту проведено 8 экспериментов. В основном выращивали генетически маркированные линии гороха. Специалисты установили: характеристики роста и развития этого растения в течение полного цикла онтогенеза ("от семени до семени") не изменяются по сравнению с наземным контрольным вариантом. Кроме того, оказалось, что горох при культивировании четырех последовательных поколений в условиях космического полета сохраняет репродуктивные функции и формирует при этом жизнеспособные семена. Для генетического анализа растений, выращенных из "космических" и "земных" семян первого-четвертого последовательных поколений, прибегали к методу учета хромосомных аберраций, а также методу молекулярных маркеров (Random Amplified Polymorphic DNA). Работы проводили на кафедре генетики и селекции биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. В результате в обоих вариантах полиморфизм у растений не выявили. Это позволило предположить, что их генетический аппарат не претерпевает изменений при выращивании нескольких последовательных генераций в условиях космического полета.

На МКС развернут постоянный микробиологический контроль. "По результатам двух экспедиций, в ходе которых был проанализирован качественный и количественный состав микрофлоры с листьев растений из оранжереи, можно утверждать, - говорит Маргарита Левинских, - что она такая же, что и во всей среде станции, и не может вызвать патогенные изменения у человека. Когда соберется большой массив данных по микробиологии, мы сможем сравнить полученные показатели с действующими гигиеническими нормативами".

Возможно, возникнет необходимость помыть выращенные зелень и овощи. Но тут испытатели столкнутся с некоторыми техническими сложностями: в условиях полета нанести воду на поверхность проще, чем потом ее удалить. Пока же космонавты и на "Мире", и на МКС дегустировали немытую зелень и пришли от нее в восторг.

Словом, ныне ученым удалось доказать, что при длительных полетах растения могут стать частью системы жизнеобеспечения экипажа, улучшить среду его обитания.

Так, в нашей стране соответствующие исследования, начиная с 70-х годов XX в. и по настоящее время, ведут специалисты из разных институтов и университетов. Многое сделано и в рамках международного сотрудничества (программы "Интеркосмос" и "Мир-НАСА", договоры о научно-техническом сотрудничестве, гранты). Например, совместно с чешскими учеными на борту орбитальной станции "Салют" проведены опыты с одноклеточными водорослями. В сотрудничестве с болгарскими учеными была создана оранжерея "Свет", используя которую исследования проводили ученые из США и Европы на борту орбитального комплекса "Мир". Совместно с американскими специалистами Лаборатории космической динамики Университета штата Юта создана оранжерея "Лада" для российского сегмента МКС. И совершенно справедливо считает Владимир Сычев: "Космические исследования должны проводиться в рамках широкой кооперации ученых как внутри страны, так и за рубежом. Такие эксперименты дороги и уникальны, и только при широкой кооперации можно получить максимальную научную отдачу".

Евгения СИДОРОВА, журналист

kocmi.ru


Смотрите также