Выращивать сад в космосе нелегко, но для астронавтов наличие большого пальца - не просто талант, а почти обязательное условие.
Растения на Международной космической станции выращиваются уже недолго, но успешно. По мере того как астронавты продвигаются к долгосрочной независимости от Земли, становится все более необходимым, чтобы они могли удовлетворять свои собственные потребности в питании на орбите.
"Небольшие проекты, осуществляемые сегодня на космической станции, направлены на проведение первичных исследований, связанных с ростом и производительностью сельскохозяйственных культур", - говорится в заявлении НАСА, направленном по электронной почте. "Они служат ступенькой к разработке полностью функциональных систем растениеводства, которые будут сопровождать астронавтов в будущем".
Однако нынешние усилия по крупномасштабному выращиванию космических культур сталкиваются с дорогостоящими и логистическими проблемами и технологическими пробелами. Новая статья, опубликованная в пятницу в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, доказывает необходимость новых достижений в области автоматизации, робототехники и даже машинного обучения для преодоления некоторых из этих препятствий.
Поскольку упакованные продукты питания со временем портятся, а доставка любых ресурсов с Земли в потенциальные лунные или марсианские поселения может занять слишком много времени, целесообразнее инвестировать ресурсы в поддержание здоровья экипажей в режиме реального времени.
"Это так дорого и так сложно - постоянно обеспечивать людей пищей, кислородом и всем тем, что необходимо для поддержания жизни", - говорит Саймон Гилрой, профессор ботаники из Университета Висконсин-Мэдисон, который не принимал участия в исследовании. Космос - "странное" место для существования биологии, говорит Гилрой, и это одна из причин, почему он является прекрасной возможностью для изучения растений и эволюции человека.
Но в какой-то степени глубокий интерес НАСА к астроботанике, или изучению того, как растения взаимодействуют с космической средой, также обусловлен уроками, извлеченными из пиратской истории. Столетия назад, когда отважные мореплаватели отправлялись в дальние морские путешествия, многие из них умирали от цинги, или острой нехватки витамина C.
Этот важнейший витамин, который можно найти в апельсинах, является ключевым питательным веществом для поддержания здоровья. И хотя современные обитатели Вселенной могли бы принимать свои ежедневные витамины вместо того, чтобы заниматься выращиванием с таким трудом выращенного салата, растения обеспечивают не только питательные, но и мощные психологические преимущества.
В статье Frontiers также говорится, что с помощью метода гиперспектральной съемки - метода, позволяющего получать и обрабатывать большое количество информации из всего электромагнитного спектра (не только красный, зеленый и синий свет) - ученые могут разработать точную систему мониторинга здоровья растений. Эта система будет собирать данные для обеспечения безопасности продуктов питания путем автономного мониторинга здоровья растений, а также предупреждать космонавтов о ранних заболеваниях растений, засухе или микробных инфекциях.
Прототип такой системы уже разрабатывается в Космическом центре имени Кеннеди, где она также используется для создания базы данных изображений растений, к которым астронавты смогут обращаться при определении стрессовых факторов.
НАСА надеется, что в будущем эти и подобные системы будут использоваться для обучения алгоритмов ИИ, которые можно будет применять на МКС и Gateway - форпосте, который будет вращаться вокруг Луны в рамках космической программы НАСА Artemis. Но, по словам представителей агентства, "необходимо проделать еще большую работу, прежде чем мы сможем быть уверены, что экипажи, которые мы отправим на Марс, будут иметь здоровую и полностью функциональную систему питания, которая будет сопровождать их в путешествии".
Наряду с Министерством сельского хозяйства США (USDA), NASA в настоящее время также изучает возможность использования микрозелени - небольших, богатых питательными веществами растений, которые можно легко выращивать и употреблять в пищу без необходимости длительного участия экипажа. Также реализуются многочисленные проекты по исследованию космических культур, включая Систему производства овощей (Veggie) - сад на МКС, который астронавты используют для изучения влияния микрогравитации на растения.
Другой проект, Advanced Plant Habitat (APH), представляет собой полностью автоматизированную камеру роста, используемую для сбора урожая и проведения исследований растительных культур в режиме реального времени. Благодаря этим и подобным проектам НАСА стало пионером в области исследований и решений по выращиванию космических культур.
Одним из последних примеров является Ohalo III, прототип установки для выращивания сельскохозяйственных культур, находящийся в производстве в Космическом центре имени Кеннеди. Эта установка будет служить испытательной платформой для новых технологий выращивания растений, а также для тестирования передовых концепций доставки воды. Установка также позволит астронавтам собирать и есть разнообразные "салатные культуры", что, как надеются ученые, снизит "усталость от меню".
Проект Ohalo III, реализация которого началась в 2019 году, в конечном итоге будет развернут на марсоходе Mars Transit Vehicle, где он поможет направить ранние системы производства на поверхности Луны и Марса.
Тем не менее, по словам Гилроя, до того, как крупномасштабное выращивание космических культур станет реальностью, еще много лет. Но в ближайшие несколько десятилетий проекты по выращиванию космических культур должны заложить основу для процветания будущих поколений.
"Мы все еще находимся на стадии открытия и поиска решений", - говорит Гилрой. "Мы похожи на исследователей, которые только что сели в лодки и плывут через океаны, чтобы узнать, что происходит".