Космос — землянам

Еще в начале века К. Циолковский, предвидя проблемы освоения космоса, предлагал использовать для этих целей растения, их замечательное свойство — поглощать углекислый газ и вырабатывать кислород. В его представлении система замкнутого цикла жизни выглядела как оранжерея. «Тогда не придется более расходовать запасов кислорода и пищи, — утверждает К. Циолковский устами одного из героев своей книги „Вне Земли“, — избыток растений нам даст и то и другое. Все наши выделения и отбросы также целиком будут поглощаться. Мы будем брать от растений столько же, сколько и давать им…»

Подобные космические оранжереи, цветущие сады за пределами нашей планеты для современной космонавтики — голубая мечта, дело отдаленного будущего. Однако сама идея круговорота веществ, как теперь говорят, вполне конструктивна, то есть поддается реализации и на нынешней технической основе. Во всяком случае, ученые уже давно задумались над путями ее осуществления, хотя бы и частично.

В поисках подходящих растительных организмов специалисты обратили внимание на хлореллу — микроскопическую зеленую водоросль. Специалистам приглянулись ее универсальные свойства. Правда, обычные «сухопутные» растения дают кислорода больше, чем хлорелла, но явно не могут с ней соперничать в другом отношении: слишком они громоздки, занимают много места. К тому же хлорелла не только «генератор» кислорода, но и вполне съедобная биомасса, содержащая почти все необходимые человеческому организму вещества. Она наполовину состоит из белка, а другая ее половина — это жиры, углеводы, витамины.

Начались широкие опыты с хлореллой и на Земле и в космосе. Например, в Красноярском институте физики Сибирского отделения АН СССР построили компактный культиватор хлореллы. Он поглощал углекислый газ, выделяемый человеком при дыхании, а под светом мощной лампы водоросли вырабатывали кислород. Испытатели неделями жили в герметической кабине и дышали кислородом, который обеспечивал культиватор. Кюветы общей поверхностью около восьми квадратных метров, содержавшие хлореллу «живым весом» всего-навсего полтора килограмма, полностью удовлетворяли потребности в кислороде одного человека.

С небольшой химической доочисткой через культиватор хлореллы совершала круговорот и вода.

Эти и многие другие эксперименты убедительно показали, что хлореллу удобно использовать в космосе как источник кислорода и воды. Технически вполне возможно построить автоматизированную бортовую установку на основе хлореллы, которая успешно будет соперничать с традиционными физико-химическими регенераторами кислорода и воды, разумеется, в случае достаточно длительного срока действия. К тому же совсем недавно обнаружена у хлореллы и еще одна очень ценная для космонавтики способность — очищать атмосферу от вредных примесей. Но на пищевом фронте позиции знаменитой водоросли оказались не такими прочными. Человеку трудно привыкнуть к пище из водорослей, даже если она очень полезна и питательна.

Вот почему ученые продолжают искать других кандидатов на роль биологических звеньев систем жизнеобеспечения, в том числе и среди высших растений. В свое время К. Циолковский, например, ратовал за бананы. Теперь же специалисты предпочтение отдают растениям попроще, таким, как картофель, пшеница, свекла, редис, капуста, морковь.

Между прочим, подбор культур для космического огорода — дело далеко не простое. Только у нас в стране возделывается свыше четырехсот видов съедобных растений, и у каждого из них есть свои достоинства. Первое, что требуется от претендента на космическую судьбу, — высокая урожайность. Не менее важен и состав получаемой биомассы. Комплекс растений надо подобрать так, чтобы был обеспечен наиболее полезный, питательный «букет» веществ.

В ежедневном рационе человека большая часть по весу принадлежит углеводам. Кому из растений можно поручить роль их поставщика? Пока называют среди главных претендентов картофель, свеклу и пшеницу. Почему пока? Дело в том, что эти растения возделывались только в полевых условиях. О том, насколько удастся их приспособить для космических оранжерей, ничего не известно. В этом отношении они для специалистов знакомые незнакомцы. Развернули опыты по их выращиванию в контролируемых условиях, на различных питательных почвах, чтобы выяснить, как эти растения ведут себя при искусственном освещении, решить другие вопросы. Эксперименты показали, например, что урожай картофеля в подобных условиях повышается в два раза.

От опыта к опыту растения, что готовятся к полетам в космос, как бы заново открываются для человечества. И это не может не сказаться на земной сельскохозяйственной практике.

Так космос приучает по-новому взглянуть на природу, использовать ее ресурсы наиболее эффективно, наиболее полно.

Проверку проходят и те качества, на которые прежде не обращали внимания. Кого могло интересовать, как картофель будет реагировать на действие радиации? А для космических оранжерей это важно. Вдруг под воздействием космических излучений картофель, допустим, переродится и через несколько поколений его клубни окажутся несъедобными? Или произойдут с ними другие какие-то метаморфозы?

Не менее важно заранее убедиться и в том, что растения будущего «заоблачного огорода» совместимы с человеком. Ведь есть немало представителей зеленого царства, с которыми мы прекрасно уживаемся, когда они растут на воле, но стоит оставить их на ночь в доме, как может случиться неприятность, а то и беда. Речь идет о летучих веществах, выделяемых растениями в процессе их «дыхания». Таким дорога в космос должна быть надежно закрыта, иначе они могут оказать неблагоприятное воздействие на космонавтов.

Тщательно и разносторонне исследуют ученые характер и возможности растений, прежде чем рекомендовать их в космический полет. Был проведен, например, уникальный эксперимент, во время которого три испытателя целый год находились в «земном звездолете». К герметической кабине, где жили испытатели, подключалась оранжерея с высшими растениями. В кюветах на специальных смолах, насыщенных необходимыми для развития растений элементами выращивались капуста, кресс-салат, укроп, огуречная трава. Эта небольшая оранжерея работала в режиме конвейера — все время была свежая зелень. Каждые сутки участники эксперимента имели нужное количество зеленой массы, богатой витаминами. Ученые убедились, что в герметически замкнутом помещении можно выращивать высшие растения, многократно используя воду, и что они совместимы с человеком — не оказывают друг на друга неблагоприятного влияния.

В другом похожем эксперименте «биологическое звено» образовали из трех частей: человека, культиватора хлореллы, о котором я уже упоминал, и специальной камеры с искусственным климатом — фитотрона, где росла пшеница. В течение длительного времени испытатели находились в герметическом помещении и дышали воздухом, кислород для которого предоставляли хлорелла и пшеница в обмен на углекислый газ. Был налажен и круговорот воды в этой замкнутой системе. Все три ее составные части показали полную биологическую совместимость.

Любопытно, что в этом эксперименте испытатель сам занимался возделыванием пшеницы, выступал, так сказать, в роли хлебороба. Установка, заменявшая поле, представляла собой герметичную камеру с прозрачной крышкой; сквозь нее круглые сутки лился свет. «Почвой» служили планки с отверстиями, в которые высевались зерна. Корни и стебли через отверстия выходили наружу. Корни периодически омывались питательным раствором. Пленки свободно перемещались, поэтому ширину междурядий можно было легко регулировать, чтобы наиболее рационально использовать освещаемую площадь. Плоды своих трудов испытатель в прямом смысле «вкушал сам», так как из выращенного зерна выпекался хлеб.

Ряд экспериментов с несколькими испытателями (общей длительностью — 6 тысяч часов) привел ученых к выводу, что конвейерное возделывание пшеницы на площади 20 квадратных метров способно обеспечить растительную долю белковой и значительную долю углеводной части суточного рациона одного человека. Длительность непрерывного действия системы превышала сто суток, а жизнь человека в ней — три месяца. При этом не обнаружено никаких биологических препятствий для дальнейшего увеличения сроков работы всей системы.